Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Johanna Riikonen ja Elina Vapaavuori (toim.) Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944, 2005 Metsäntutkimuslaitos - Suonenjoki Johanna Riikonen ja Elina Vapaavuori (toim.) 2005. Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944. 128 s. ISBN 951-40-1978-4 Julkaisija: Metsäntutkimuslaitos, Suonenjoki Hyväksytty painettavaksi: Kari Mielikäinen 30.10.2005 Tilaukset: Metla, Vantaan tutkimusyksikkö, kirjasto, PL 18, 01301 Vantaa, puh. 0102111, fax 010 211 2101 Kansikuvat: Etukannessa haavan ksyleemin poikkileikkaus (Elina Warsta), otsonin aiheuttamia lehti vaurioita haavalla (Elina Oksanen), kuva Suonenjoen avokammiokokeesta rauduskoivulla (Erkki Ok sanen); takakannessa kuva Mekrijärven kammiokokeesta männyllä (Aija Ryyppö), kuva kammiokoe puusta Mekrijärven kokeessa (Aija Ryyppö) ja koivun mykorritsallista juuristoa (Pekka Voipio). Kii tokset Kuvaste Oy:lle kansikuvan taittopohjan käyttöoikeudesta. Taitto: Eija Lappalainen Gummerus Kirjapaino Oy, Jyväskylä 2005 Sisältö Alkusanat 4 Kirjoittajat 6 Ekologian murroskausi 1960-luvun lopulla, ja mitä siinä teki IBP? Lauri Kärenlampi 7 Katsaus globaaliin ilmastonmuutokseen Markku Rummukainen 15 I lmastonmuutosskenaarioita Suomelle Kirsti Jylhä, Kimmo Ruosteenoja ja Heikki Tuomenvirta 21 Metsämaan mikrobiologisten prosessien ilmakehällinen merkitys: Metaani (CH 4 ) ja dityppioksidi (N,O) Pertti J. Martikainen, Anne Saari ja Marja Maljanen 30 Ilmastonmuutoksen biologiset vaikutusmekanismit metsäpuilla Elina Oksanen 41 Metsäpuiden kasvuja ilmastonmuutos - männyn fysiologisia ja ekologisia vasteita kohoavaan ilman lämpötilaan ja hiilidioksidipitoisuuteen Seppo Kellomäki ja Heli Peltola 52 Lehtipuut - menestyjiä tulevaisuuden ilmastossa? Tuloksia Suonenjoen kenttäkokeesta rauduskoivulla Elina Vapaavuori, Johanna Riikonen, Petri Peltonen, Anne Kasurinen, Jarmo Holopainen, Elina Oksanen ja Toini Holopainen 68 Miten ilmastonmuutos vaikuttaa metsäpuiden puun kemiaan ja rakenteeseen - tuloksia eri puilla tehdyistä tutkimuksista Seija Kaakinen ja Elina Vapaavuori 82 Ilmastonmuutoksen vaikutukset metsätuhoihin ja -tauteihin boreaalisen vyöhykkeen metsissä Pekka Niemelä ja Timo Veteli 92 Ilmastonmuutoksen vaikutukset metsäekosysteemin toimintaan ja rakenteeseen sekä metsien hoitoon ja ainespuun tuotantoon Heli Peltola ja Seppo Kellomäki 99 Suomen metsät ja puutuotteet ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden hallinnassa Lauri Valsta, Johanna Pohjola, Jyri Mononen ja Kim Pingoud 114 Boreaalisen vyöhykkeen puiden talvehtiminen lämpenevässä ilmastossa Heikki Hänninen 124 4 Alkusanat Ilmastonmuutos on tullut monella tapaa osaksi jokapäiväistä elämäämme. Maailmanlaajuisen, ihmisen toimintaan liittyvän ympäristömuutoksen olemassaolo ja eteneminen ei kuitenkaan ole ol lut yhteisesti ymmärrettyjä hyväksytty käsite vielä kovin pitkään, ja edelleenkin epäilijöitä esiintyy sekä tutkijakunnassa että poliittisten päättäjien keskuudessa. Ilmastonmuutoksen uhkasta on saatu monia hä lyttäviä merkkejä. Vuosien keskilämpötilan ko hoava trendi on ollut selvästi näkyvissä. Ilmas tonmuutokseen liittyvät säätilojen heilahtelut ja ääriolosuhteiden lisääntyminen ovat tuottaneet rajuja myrskyjä ja hyvin voimakkaita sateita myös Suomen alueelle. Moni muistaa kesän 2002 Unto myrskyn, jollaista ei oltu nähty miesmuistiin. Se oli varsin vaikuttava sääilmiö ja aiheutti erityisesti Savossa melkoisia metsätuhoja. Viime vuosina pahat kesätulvat ovat koetelleet Keski-Eurooppaa sekä Pohjoismaita. Kesällä 2004 tämä äärimmäi nen sääilmiö tuli tutuksi myös suomalaisille eri tyisesti Keski-Suomessa ja Pohjanmaalla. Vuoden 2004 lopulla julkaistusta Arktisen alueen maiden ilmastonmuutostutkijoiden ACIA-raportista (Arctic Climate Impact Assessment) heijastuu yhä suurempi yksimielisyys ja huoli ilmastonmuutok sen rajuudesta ja niistä kielteisistä vaikutuksista, joita sillä voi olla pohjoiseen ilmastoon ja kasvil lisuuteen. Suomessa ilmastonmuutoksen uhka on melko yksimielisesti tunnustettu, ja meillä on ollut 1990- luvulta lähtien käynnissä monialaisia ilmaston muutoksen vaikutuksia selvittäviä kansallisia tut kimusohjelmia, kuten SILMU-ja FIGARE-ohjel mat. Nyt olemme vuonna 2002 päättyneen FIGA RE-ohjelman jälkeen tilanteessa, jossa monien hankkeiden tulokset on äskettäin julkaistu tai ne ovat viimeistelyvaiheessa. Tutkimusohjelmat ovat tuottaneet uutta tietoa ilmastonmuutoksen metsä vaikutuksista, minkä vuoksi tuloksia on tärkeä esitellä tuoreeltaan mm. metsäammattilaisille ja lähialojen tutkijoille. Sen vuoksi kokouksen jär jestäjät, prof. Toini Holopainen, prof. Seppo Kel lomäki, prof. Pertti Martikainen, MMT Raisa Mäkipää ja Dos. Elina Vapaavuori, päättivät jär jestää "Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät" -seminaarin Kuopiossa 11.11.2004 ja kutsua tilai suuden puhujiksi ilmastonmuutostutkimuksen kotimaisia asiantuntijoita. Seminaarin tavoitteena oli jakaa ajankohtaista tietoa ilmastonmuutoksen metsävaikutuksista sekä tulevaisuuden ennusteis ta. Seminaariin osallistui runsas joukko metsäam mattilaisia, tutkijoita ja jatko-opiskelijoita eri or ganisaatioista. Uusi tietoja teoria rakentuvat aina vanhemman pohjalle ja sen vuoksi tutkimusalan kehityksen ja historian tuntemus on tärkeää. Seminaarin aluksi professori Lauri Kärenlammen puheenvuoro va lotti pitkäaikaista, jo 1960-luvulla tehtyä tutkimus työtä, joka on nykyisen ilmastonmuutostutkimuk sen taustalla. Tuohon aikaan ei vielä puhuttu il mastonmuutoksesta vaan enemmänkin paikallis ten päästölähteiden vaikutuksista ja eliöiden bio indikaattorikäytöstä. Herännyt ympäristötietoisuus kuitenkin johti vähitellen laajenevaan tutkimus toimintaan, ja lisäksi ympäristönsuojeluun tai ympäristötieteeseen keskittyvien koulutusohjelmi en aloittamiseen, esim. Kuopion yliopiston ym päristöhygienian (myöhemmin ympäristötieteen) koulutusohjelma perustettiin yli 30 vuotta sitten. Globaalin ilmastonmuutoksen kehittyminen ja sen etenemiseen liittyvät skenaariot, sekä metsä maan biogeokemialliset prosessit kuuluivat semi naarin ohjelmaan ja muodostavat oleellisen poh jan pohdittaessa ilmastonmuutoksen vaikutuksia metsien kehittymiseen ja metsäluontoon. Ilmas tonmuutokseen liittyy lämpenemisen lisäksi mo nia muita kasveihin kohdistuvia stressitekijöitä, joiden vaikutusmekanismit solutasolla sekä vai kutukset kasvien fysiologiaan ja kasvuun on tun nettava, jotta voidaan arvioida ja ennustaa ilmas tonmuutoksen laajempaa merkitystä metsien ke 5 hityksen kannalta. Ilmastonmuutos vaikuttaa met sätuhojen ja tautien esiintymiseen, mikä puoles taan on otettava ennusteissa huomioon vuorovai kuttavana tekijänä. Ilmastonmuutos ja siihen liit tyvät stressitekijät heijastuvat lopulta metsien kas vuun ja puun tuotantoon sekä metsien hoitokäy täntöihin. Ilmastonmuutokseen sopeutumisen kan naita on tarpeen pohtia ja selvittää metsien ja met sätalouden merkitystä hiilen nieluna, sekä pohjois ten metsien sopeutumismahdollisuuksia muuttu vaan ilmastoon. Kaikkia näitä aihepiirejä käsitel tiin seminaarissa ja ne ovat mukana myös käsillä olevassa julkaisussa. Kirjan toimitustyöstä ovat vastanneet FT Johan na Riikonen ja Dos. Elina Vapaavuori. Esitämme parhaat kiitoksemme Metsämiesten Säätiölle ar vokkaasta taloudellisesta tuesta, jonka turvin se minaari oli mahdollista toteuttaa. Samoin haluam me kiittää Suonenjoen tutkimusaseman ja Kuopi on yliopiston ekologisen ympäristötieteen laitok sen henkilökuntaa avusta seminaarin käytännön järjestelyissä. Kuopiossa ja Suonenjoella 1.6.2005 Toini Holopainen Elina Vapaavuori Johanna Riikonen Professori Dosentti FT 6 Kirjoittajat Toini Holopainen, Kuopion yliopisto, Ekologisen ympäristötieteen laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Toini. Holopainen@uku.fi Jarmo Holopainen, Kuopion yliopisto, Ekologisen ympäristötieteen laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Jarmo. Holopainen@uku.fi Heikki Hänninen, Helsingin yliopisto, Biotieteellinen tiedekunta, Kasvibiologia, Plant Ecophysiology and Climate Change Group (PECC), PL 65, 00014 Helsingin yliopisto. Heikki.Hanninen@helsinki.fi Kirsti Jylhä, Ilmatieteen laitos, PL 503, 00101 Helsinki. Kirsti.Jylha@fmi.fi Seija Kaakinen, METLA, Suonenjoen tutkimusyksikkö, 77600 Suonenjoki. Seija.Kaakinen@metla.fi Anne Kasurinen, Kuopion yliopisto, Ekologisen ympäristötieteen laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Anne. Kasurinen@uku . fi Seppo Kellomäki, Joensuun yliopisto, Metsätieteellinen tiedekunta, PL 111, 80101 Joensuu. Seppo.Kellomaki@joensuu.fi Lauri Kärenlampi, Kuopion yliopisto, Ekologisen ympäristötieteen laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Lauri. Karenlampi@uku.fi Marja Maljanen, Kuopion yliopisto, Ympäristötieteiden laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Marj a. Malj anen@uku. fi Pertti J. Martikainen, Kuopion yliopisto, Ympäristötieteiden laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Pertti. Martikainen@uku.fi Jyri Mononen, Helsingin yliopisto, Kansainvälisen talousoikeuden instituutti, PL 4, 00014 Helsingin yliopisto. Jyri.Mononen@helsinki.fi Pekka Niemelä, Joensuun yliopisto, Metsätieteellinen tiedekunta, PL 111, 80101 Joensuu. Pekka.Niemela@forest.joensuu.fi Elina Oksanen, Joensuun yliopisto, Biologian laitos, PL 111,80101 Joensuu. Elina.Oksanen@joensuu.fi Heli Peltola, Joensuun yliopisto, Metsätieteellinen tiedekunta, PL 111, 80101 Joensuu. Heli.Peltola@joensuu.fi Petri Peltonen, METLA, Vantaan tutkimusyksikkö, PL 18, 01301 Vantaa. Petri.Peltonen@metla.fi Kim Pingoud, METLA, Vantaan tutkimusyksikkö, PL 18, 01301 Vantaa. Kim.Pingoud@metla.fi Johanna Pohjola, METLA, Vantaan tutkimusyksikkö, PL 18,01310 Vantaa. Johanna.Pohjola@metla.fi Johanna Riikonen, Kuopion yliopisto, Ekologisen ympäristötieteen laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Johanna.Riikonen@uku.fi Markku Rummukainen, Rossby Centre, Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut (SMHI), SE-601 76 Norrköping, Sverige. Markku.Rummukainen@smhi.se Kimmo Ruosteenoja, Ilmatieteen laitos, PL 503, 00101 Helsinki. Kimmo.Ruosteenoja@fmi.fi Anne Saari, Kuopion yliopisto, Ympäristötieteiden laitos, PL 1627, 70211 Kuopio. Anne.Saari@uku.fi Heikki Tuomenvirta, Ilmatieteen laitos, PL 503, 00101 Helsinki. Heikki.Tuomenvirta@fmi.fi Lauri Valsta, Helsingin yliopisto, Metsäekonomian laitos, PL 27, 00014 Helsinki. Lauri. Valsta@helsinki.fi Elina Vapaavuori, METLA, Suonenjoen tutkimusyksikkö, 77600 Suonenjoki. Elina. Vapaavuori@metla. fi Timo Veteli, Joensuun yliopisto, Metsätieteellinen tiedekunta, PL 111, 80101 Joensuu. Timo.Veteli@joensuu.fi 7 Ekologian murroskausi 1960-luvun lopulla, ja mitä siinä teki IBP? Lauri Kärenlampi Historiassa sattuu kausia, jolloin muutokset ovat suurempia kuin tavallisesti. Kun useat syyt vai kuttavat samanaikaisesti ja monet seikat muuttu vat, voidaan puhua murroskaudesta. Kirjoituksen tarkoituksena on lyhyesti kuvata ja pohtia, oliko 1960-luvun lopulla ekologiassa ja ekologisessa ympäristöntutkimuksessa murroskausi, ja mitä oikeastaan tapahtui, millaisia ilmiöitä oli käynnis sä? Osittain ajatukset ja pohdinnat perustuvat itse mukana olleen kokemuksiin, mutta toki pääosin kirjoitettuihin lähteisiin. Pohdinnan kohteena ei vät ole yksittäiset ekologiset läpimurrot tai oival lukset, vaan paremminkin yleiset ja laajoissa tut kijajoukoissa ilmenneet uudet lähestymistavat. Ilmastonmuutoksen vaikutusten tutkijakin usein kohtaa kirjastossa tai tietoverkossa tietoa hakies saan lyhenteen IBP (International Biological Pro gramme). Tämä liittyy 1960-ja 1970-luvuilla to teutettuun laajaan kansainväliseen tutkimuskam panjaan, jonka tuloksilla on roolinsa vielä uuden vuosituhannen tietopankeissa, ja jonka merkittä vyys on monissa lähteissä tunnustettu. Vanhempaakin kvantitoitua tietoa ekosysteemi en tuottavuudesta ja ravinnekierrosta toki on, mutta selvästi vähemmän ja se on ikään kuin ai kaansa edellä olleiden tutkijoiden tuottamaa. Tä män kirjoitelman tavoitteena ei olekaan esimer kiksi tarkastella, kuka ensimmäisenä käytti käsi tettä ekosysteemi, tai kuka ensimmäisenä osasi laskea ekosysteemin energian virtaa, vaan pohdi taan paremminkin tutkijoiden ja opettajien "val tavirran kääntymistä". Kirjoitelman ytimeksi muodostuu näkemys, että 1960-luvun lopulla ekologia ja ekologinen ym päristöntutkimus etenivät ja laajenivat erityisen nopeasti. Tietotekniikan kehitys mahdollisti mo nia uusia asioita. Ekosysteemikeskeisten oppima teriaalien kasvattamat uudet tutkijapolvet ja IBP kampanja olivat kehityksen käyttövoimana. Lähtökohtana vanhan Euroopan perinteet Vielä 1 960-luvun alussa Suomessa biologian ope tus ja tutkimus yliopistoissa oli varsin voimakkaas ti jakautunut eläintieteeseen ja kasvitieteeseen (omat yliopisto-opintoni sain aloittaa syksyllä 1960). 'Ekologia' sanana toki tunnettiin, mutta sitä käytettiin lähinnä lajikohtaista ekologiaa tarkoit tavana. Koulutus perustui vahvasti lajintuntemuk seen. Kun eliöryhmiä on paljon ja niissä on mo nia lajeja, oli (ja on tietysti vieläkin) kovan työn takana hankkia hyvä lajintuntemus. Tämä johti helposti "fakkiutumiseen" eikä ainakaan edistä nyt kokonaisvaltaisten näkemysten muodostumis ta. Kasvitieteen oppikirjoissa (kuten Strasburger: Lehrbuch der Botanik fur Hochschulen) ei ollut erillistä ekologiaa käsittelevää osaa, vaan lajikoh taista ekologiaa ja olosuhteisiin sopeutumista kos kevaa ainesta sisältyi sekä morfologiaan, fysiolo giaan että systematiikkaan. Lisäksi oppikirjoissa oli aina kasvimaantieteellinen osa, jonka perus käsitteenä olija on vieläkin lajin levinneisyysalue. Kasvimaantieteen tehtävänähän on selittää lajin levinneisyys; miten se johtuu ilmasto- ja maape Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 8 rätekijöistä, kilpailusta, leviämishistoriasta, tms. tekijöistä. Tällaiset aineksethan kuuluvat kattavan ekolo gian oppikirjan sisältöön, joten kasvimaantiede (ja tietysti yhtä hyvin eläinmaantiede ja eliömaantie de yleisemmin) olivat nykyisten ekologian kirjo jen osittaisia edeltäjiä. Erään parhaisiin lukeutu van ja paljon käytetyn ekologian oppikirjan ni inessäkin levinneisyysalueen keskeisyys edelleen korostuu. Kirja on tietenkin Krebs: Ecology: the experimental analysis of distribution and abundan ce. Krebsin kirjan nimessä on syytä huomata myös sana 'experimental', joka merkitsee kokeellisen todistusvoiman korostamista myös ekologiassa. Eliömaantieteen tyyppinen ekologia luonnollisesti perustui pääosin vain havaintoihin maastosta ja muuttujien välisten korrelaatioiden tarkasteluun. Kasvimaantieteen tutkijat syventyivät mm. sii tepölyanalyysin kautta kasvillisuuden muutoksiin ilmastokausien mukana. Siinä ajatusmaailmassa oli ilmeistä, että kun ilmasto muuttuu, niin kasvil lisuus muuttuu myös. Pohdittavaksi jää vain, mil lä nopeudella sukkessio etenee, millä nopeudella yhdyskunnan lajisto ja lajien runsaussuhteet al kavat muuttua. Leviäminen ja tilan valtaaminen kilpailun kautta ovat yleensä hitaita prosesseja. Huomio kiinnittyy helposti levinneisyysalueen rajoihin, koska siellä eteneminen tai taantuminen voi olla parhaiten nähtävissä. Äärialueilla muu tokset voivat merkitä sietokykyrajojen ylittymis tä tai ainakin rajojen lähenemistä tai etenemistä, ja samalla kilpailusuhteet voivat muuttua. Levinneisyyden ohella toinen keskeinen käsite oli kasviyhdyskunta, samalla kasvupaikalla me nestyvien lajien yhdyskunta, jossa kilpailun kaut ta runsaussuhteet määräytyvät. Kun kasviyhdys kunnissa on nähtävissä säännöllisyyttä (aina löy tyvät jokseenkin samat lajit ja jokseenkin samois sa runsaussuhteissa), ajateltiin että yhdyskunnat edustavat eräänlaisia lajia vastaavia luonnollisia kokonaisuuksia, yhdyskuntatyyppejä, assosiaati oita. Näille oli oma valta-ja luonnehtijalajien pe rusteella johdettu nimistönsä ja taksonomiansa, jotka etenkin Keski-Euroopassa vieläkin ovat käy tössä ja varmasti ovat edelleen hyödyllisiä työka luja luontoa kuvailtaessa ja kartoitettaessa (alaa kutsutaan kasvisosiologiaksi). Superorganismi vai kontinuumi? Kun kasviyhdyskuntatyyppien sisäisiä vuorovai kutuksia korostettiin, päädyttiin käsitykseen, että ne ovat jopa eräänlaisia superorganismeja, jotka pyrkivät säilyttämään oman rakenteensa ja toimin tansa, ja joilla on oma sukkessiokehityksensä. Tämä ajattelutapa yleensä liitetään pohjoisame rikkalaisen F. E. Clementsin nimeen, ja sillä on vahvat yhteydet suomalaiseen metsätyyppiteori aan. Toisaalta ilmeni ajattelua, että kasviyhdyskun nat sittenkin muotoutuvat kunkin paikan edelly tysten mukaan, eikä niillä ole yksilöllistä raken netta ja toimintaa. Näin yhdyskunnat vaihtuvat vähittäin toinen toisikseen jatkuvana sarjana, kon tinuumina. Tähän ajattelutapaan ainakin pohjois amerikkalaiset liittävät H. A. Gleasonin nimen. Samoilla linjoilla jatkoi R. H. Whittaker, joka oli aktiivinen vielä 1970-luvulla. Whittaker kehitti kasvillisuuden gradienttianalyysiä (jo 1950-ja 1960-luvuilla), minkä tuloksia usein on helppo tulkita niin, että lajit eivät jakaudu maastossa yh dyskuntasidonnaisesti vaan paremminkin kukin laji yksilöllisesti. Vieläkin on erilaisia mielipiteitä, onko superor ganismi vai kontinuumi lähempänä totuutta. Asia oli 1960-luvulla vielä niin ajankohtainen, että se ikään kuin vaati välitöntä henkilökohtaista kan nanottoa. Kun Kevolla työskentelimme vuoristos sa (loivapiirteisessä tunturimaastossa), joka muis tutti Whittakerin kohteena ollutta Great Smoky Mountains -vuoristoa, heräsi into ja halu tehdä gradienttianalyysi. Varsin yksinkertaisella mene telmällä tehty kasvillisuuden gradienttianalyysi auttoikin sitten osoittamaan, millä tavalla IBP havaintoalueet edustivat alueen luontoa (lähinnä mineraalimailla). Kasvillisuuden vaihtelu oli suu relta osin selitettävissä korkeuden (korkeus me renpinnan yläpuolella) ja lasketun kosteusindek sin avulla. Samaa aineistoa käsittelimme myös faktorianalyysillä, mikä oli menetelmän ensimmäi siä sovelluksia Suomessa. Ekologian murroskausi 1960-luvun lopulla, ja mitä siinä teki IBP? Lauri Kärenlampi 9 Anglosaksisen maailman ekosys teemikeskeinen ekologia Anglosaksisessa maailmassa kehitys lähti uusille urille nimenomaan ekosysteemi -käsitteen puitteis sa. (Alaa voisi yksinkertaisesti kutsua systeemie kologiaksi, mutta koska tätä sanaa on käytetty vain mallinnusta tarkoittavana, niin tässä on otettu käyt töön 'ekosysteemikeskeinen ekologia'. Tämä on mielestäni parempi kuin 'ekosysteemiekologia', mitä on näkynyt myös.) Ekosysteemin ensimmäinen selkeä määrittely katsotaan Tansleyn ansioksi (kirjoitus on vuodel ta 1935). Syntyi näkemys, että eliöt ja ympäristö tekijät muodostavat toiminnallisen kokonaisuu den, ekosysteemin (luonnon järjestelmän, ympä ristöjärjestelmän). Näkemys alkoi levitä ja vähi tellen huomattiin, että ekosysteemiä voidaan eri tellä energianvirran ja aineidenkiertokulun mal leilla. Nämä voidaan tavallaan yksinkertaisilla mit tauksilla tehdä toimiviksi, operatiivisiksi. Ekosys teemi voidaan eritellä toiminnallisiin lokeroihin ja niiden välisiin toimintoihin, prosesseihin ja kaikki on kvantitoitavissa sekä kaavoilla ja mal leilla laskettavissa. Aluksi ekosysteemitarkastelu kohdistui vesi ekosysteemeihin, mihin se käytännössä helpom min sopiikin. H. T. Odumin perustavanlaatuiset tutkimukset 1950-luvulla kohdistuivat juuri lam mikkoihin (Silver Springs). IBP -kaudella vastaa via malleja haluttiin yhä enemmän soveltaa myös terrestrisiin systeemeihin, vaikka työ on metodi sesti hankalampaa. Uusi kehitys vannaankin johtui monista seikois ta. Uranuurtajilla (yksittäisillä henkilöillä) on kiis tämätön merkityksensä, mutta suurelta osin uskon muutoksen valtavirran liittyneen yleiseen saman suuntaiseen kehitykseen maailmassa. Myös tek niikassa mallinnus, kybernetiikka, tietojenkäsittely ja tilastotiede olivat uusia näkökulmia. Nämä ins piroivat ekologeja huomaamaan, että ekosystee mejä voidaan tutkia samoilla tai ainakin samanta paisilla menetelmillä. Ekosysteemi -käsitteen täy teen hyödyntämiseen päästiin vasta kun aika oli kypsä. Henkilöistä Odumit (E. P. Odum ja H. T. Oduni) olivat ekosysteemin "markkinoinnissa" tärkeitä. Odumien Fundamentals of ecology -oppikirjaan kiteytynyt uusi ekosysteemikeskeinen ekologia kehittyi Amerikassa 1950-luvulla. Oppikirjan en simmäinen laitos (edition) on julkaistu 1953 ja toinen laitos vuonna 1959. E. P. Odumin mukaan kirjan laatimisen motivaationa olivat toiminnalli sen tarkastelun tarve ja periaatteiden kriittisen pohdinnan tarve ("... need for a functional appro ach and a critical examination of principles, the twin motivations ..."). Uuden ekologian tarpeel lisuutta perusteltiin edelleen mm. tähän tapaan (kirjan esipuheesta vapaasti käännettynä): Ekosysteemien aineiden kiertokulun ja energian virran suuruus ja jakautuminen on kvantitatiivi sesti tunnettava, jotta voidaan hallita radioaktii visten isotooppien kulkeutumista. Voi olla ihmi senkin ratkaisujen kannalta hyödyllistä tuntea ekosysteemin energianvirrat. Onhan fossiilisten polttoaineiden loppu nopeasti tulossa, ja on yhä enemmän nojauduttava atomienergiaan ja aurin koenergiaan. Muutoksen tulo Suomeen ja kielenvaihdos Suomeen suuri murroskausi, siirtyminen kvanti tatiivisen ekosysteemitarkastelun suuntaan tuli vasta 1960-luvun lopulla. Voi kysyä, miksi niin myöhään? Selityksiä on varmaankin useita. Eu roopassa yleensäkin levinneisyys-yhdyskunta sukkessio ja vastaavaan käsitteistöön perustuva tiede omasi vahvat perinteet ja hienot saavutuk setkin. Eli ehkä Suomi ei ollutkaan kovin myö hässä suhteessa muihin maihin. Yliopistojen opet tajakunta niin meillä kuin muuallakin oli harvalu kuinen, eikä varsinaisia ekologian virkoja ollut. Kielenvaihdoskin oli Suomessa hidastamassa kehitystä. Tieteen kieli on tunnetusti historian myötä usein vaihtunut. Meidän kannalta viimei sin suuri muutos oli siirtyminen saksankielestä englanninkieleen. Lähtökohta tietenkin oli toisessa maailmansodassa ja tämän seurauksissa. Muutos oli monista ymmärrettävistä syistä johtuen aluksi Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät 10 hidas, mutta kerran vauhtiin päästyään se yhä no peutui. Kansainvälisen oppimateriaalin "sukupolven vaihdos" oli osa samaa murrosta. Turun yliopis tossa eläintieteen professori Paavo Voipio (pro fessorina 1958-79) käytti ainakin jo 1960-luvun alussa oppikirjana Odumien "Fundamentals of Ecology" -teosta. Hänen valintansa eläintieteen perusteiden oppikirjaksi oli samoin englanninkie linen, joten me koulussa pitkän saksan lukeneet jouduimme ahkerasti käyttämään sanakirjaa. Muu tosta vauhdittamassa oli tietenkin koululaitos, jos sa jo oli suurelta osin otettu englanti suosituim maksi pitkäksi kieleksi. Vanhemmalle polvelle, joka oli sotansakin käy nyt saksankielisten aseveljien rinnalla (ja lopulta heitä vastaan) ja julkaissut siihenastisen tieteelli sen tuotantonsa mahdollisesti kokonaan saksaksi, oli kielen vaihtaminen varmasti paljon työläämpi prosessi, mutta kuitenkin he siitä ihailtavasti ai kaa myöten selviytyivät. IBP oli laaja-alainen ja todella kansainvälinen IBP:n (International Biological Programme) käyn nisti lähinnä Kansainvälinen tieteellisten järjestö jen neuvosto (ICSU, International Council for Scientific Unions). Tavoitteena oli selvittää "Bio logical basis of productivity and human welfare". Projekti, tai paremminkin kampanja oli monivuo tinen: valmisteluvaiheeksi varattiin vuodet 1964- 67 (metodien yhtenäistämistä ja valmistelua) ja varsinaiseen työskentelyyn 1967-1972, mikä jois sakin maissa jatkui vuoteenl974 saakka, ja kirjo ja ja julkaisuja valmistui vielä 1980-luvulla. ICSU:n asettamaan IBP-toimikuntaan kuului alussa 20 maan edustus. IBP-toimikunta määrit teli ohjelmaan 7 osa-aluetta, jotka on tässä hyvä listata osoittamaan ohjelman laajuutta: 1. Conservation of Terrestrial Communities (CT) 2. Human Adaptability (HA) 3. Productivity of Freshwater Communities (PF) 4. Productivity of Marine Communities (PM) 5. Production Processes (PP) 6. Productivity of Terrestrial Communities (PT) 7. Use and Management of Biological Resour ces (UM) Ohjelma-alueisiin kuului siis luonnonsuojelua, ihmisen sopeutumista (esim. eskimoiden sopeu tumista ympäristöönsä), makeanveden ja merien eliöyhdyskuntien tuotantoa, tuotantoprosessien tutkimusta (nyt ehkä käytettäisiin termiä ekofy siologia), terrestristen eliöyhdyskuntien tuotta vuutta sekä biologisten voimavarojen käyttöä (mm. biologisesta torjunnasta ravintoanalyyseihin asti). Laajuuden vuoksi tuntuukin sana 'kampan ja' perustellummalta kuin 'ohjelma'. Myöhemmin seuranneissa kansainvälisissä hankkeissa on koh de ollut rajatumpi, ehkäpä juuri IBP:n kokemus ten perusteella. IBP:hen osallistui merkittävästi ainakin 58 val tiota, joilla oli omat IBP-toimikuntansa (vuoden 1971 tilanne) ja ainakin joihinkin ohjelma-aluei siin osallistuvia rahoitusprojekteja (Vik 1975). IBP-aikana syntyi ennennäkemätön määrä kan sainvälisiä kontakteja, joista osa vieläkin jatkuu joko yksilöiden, laitosten tai tutkimusasemien ja vastaavien tasolla. Todella konkreettinen yhteis työ oli aikaisemmin ollut vähäistä, minkä syitä löytynee sekä poliittisista, teknisistä että taloudel lisista seikoista. IBP katalysaattorina IBP oli yhtenä ilmeisen tärkeänä katalysaattorina vauhdittamassa siirtymistä systeemiekologiaan. Kun tarkemmin eritellään seikkoja, jotka muutti vat ekologiaa, nousee tietotekniikan kehitys vah vasti mieleen (taulukko 1). Suurten havaintoaineis tojen laskeminen ja tilastollinen testaaminen tuli vat mahdollisiksi. Samalla malliajattelu yleistyi ja alkoi myös kiinnostaa, kun mallien tekninen to teutus helpottui. Oltiin innostuneita termeistä kä sitemalli-lokeromal li-matemaattinen malli-simu lointimalli. Ajoittain puhuttiin jopa "kokonaismal lista", jolla ekosysteemin toiminta kokonaan si muloitaisiin, mikä viimeistään nyt näyttää naiivil ta. Uudetkin mallit ovat edelleen lähinnä osasys teemimalleja eikä kaiken sisällyttäminen yhteen malliin liene enää järkevä tavoitteenakaan. Ekologian murroskausi 1960-luvun lopulla, ja mitä siinä teki IBP? Lauri Kärenlampi 11 Taulukon 1 luettelemat murroskauden mahdol liset aiheuttajat (ainakin tietotekniikkaan liittyvät) ovat niin yleisluonteisia, että luultavasti useimmil la inhimillisen kulttuurin ja toiminnan aloilla oli nopeaa muutosta samoina vuosina. Tämä ei kui tenkaan vähennä ekologian muutoksen kiinnos tavuutta. Kvantitatiivinen systeemiekologia merkitsi uu den "kulttuurin" tuloa. Hyväksi anekdootiksi kel pasi juttu, että Amerikassa kuuluisa ekologi tutkii preeriaekosysteemin perustuotantoa ja energian virtaa, vaikkei hän tunne kaikkia käsittelemiään lajeja. Lieneekö ollut keksitty juttu, tuntui joka tapauksessa hyvältä huomata, että prosesseja voi daan pitää niin tärkeinä, että epäoleellisista yksi tyiskohdista voidaan tinkiä. Entiseen biologikult tuuriin kuului, että jokainen niukkanakin esiinty vä laji huolella tunnistetaan. Väittämäni suuri murros 1960-luvun lopulla ei tietenkään ole poikkeukseton tai totaalisesti kaik kea koskeva. Jollakin alalla ekosysteemitarkaste lu ehkä jo aikaisemmin oli vallalla (hydrobiolo gia). Toisaalta tuottavuuden kvantitatiivinen mit taaminen oli rutiinia soveltavissa tieteissä (maa ja metsätieteissä). I B P j ossain määrin merkitsi ilmastonmuutoksen vaikutustutkimuksen alkua, vaikka se puoli ko rostui paremmin MAB-ohjelmassa, joka käynnis tyi jo IBP:n aikana. Ilmastonmuutos (hiilidioksi din nousu, lämpötilan nousu) olivat 1950-luvulla alkaneet saada huomiota, missä työssä ruotsalai nen Bert Bolin kollegoilleen oli merkittävässä ase massa. Olivatko Suomessa IBP:n edellytykset kunnossa? Varmuudella en tiedä, kuka suomalainen ensim mäisenä sai tietoa ja innostui IBP:stä, mutta ilmei sesti useatkin professorit pian huomasivat kansain välisen suuren kampanjan hyödyllisyyden. Liik keellelähtö oli niin kiireinen, että Suomen IBP toimikuntaa sanottiin alussa "itse itsensä nimittä neeksi". Vaikka sillä oli valtuutuksensa tieteelli siltä järjestöiltä ja ICSU:Ita, mutta kun ei valtiol lisen komitean asemaa, niin siitä pieni pilkallisuus. IBP-projekteille tuli rahoitusta (kovan kädenvään nön jälkeen, tietenkin) opetusministeriöltä ja tie teellisiltä toimikunnilta. Tieteellisten toimikunti en järjestelmähän jo oli toiminnassa ja sille v. 1969 annettiin nimeksi Suomen Akatemia (samalla en tinen "maineikkaiden yksilöiden akatemia" lak kautettiin). Taulukko 1. Oletettuja ekologian murroskauden aiheuttajia. 1. Tietotekniikan kehitys (suurten aineistojen käsittely, tilastotiede, mallinnus, monimuuttuja-analyysit, jne.) 2. Ekosysteemipainotteisen oppimateriaalin vakiintuminen (Odum) ja yleensäkin englanninkielisen kirjallisuuden käytön tehostuminen 3. Kansainvälisten yhteistyöprojektien alkaminen 4. Kansainvälisen julkaisemisen yleistyminen 5. Tiedehallinnon ja projektirahoituksen paraneminen, opiskelijat mukaan palkallisina tutkimusapulaisina 6. Tutkimusotteen muutos havaintoja tekevästä tarkemmin mittaavaan ja kokeelliseen suuntaan 7. Mittalaitteiden ja datankeruun kehittyminen 8. Tutkimusasemien voimistuminen 9. Kirjoitus- kopiointi ja painotekniikoiden edistyminen ja helpottuminen Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 12 Tämän kirjoitelman tavoitteena ei ole varsinai sen IBP-historiikin tai katsauksen laatiminen. Ai heesta on paljon saatavissa tietoa. Pohjoismaiden kin osalta Rolf Vikin toimittamassa Final report, Scandinavian countries (Vik 1975) on tarkkaan lueteltu kaikki osaprojektit ja tutkijat. Tässäkin kuitenkin haluan mainita Suomen IBP-toimikun nan jäsenet nimeltä: Suomen IBP-toimikunnan puheenjohtaja oli prof. Hans Luther, varapuheenjohtaja prof. Peitsa Mikola ja sihteerinä ensin fil.lis. Matti Lähdeoja ja sitten fil.kand. Carl-Adam Häggström. Jäseni nä olivat prof. Nils Ellfolk, prof. Henrik Forsius, apul.prof. Paavo Havas, prof. Paavo Kallio, prof. Reino Kalliola, prof. Veikko Kanervo, dos. E. Kivi, prof. Pontus Palmgren, prof. Reino Ryhänen ja fil.lis. Paavo Tulkki. Virallinen toiminta päättyi jo 1971, jonka jälkeen lopputehtävät siirtyivät Suo men Akatemian asettamalle MAB-toimikunnalle (MAB, Man and the Biosphere -ohjelma). Ehkä rahoituksen varhainen päättyminen vaikutti siihen, että kaikki aloitetut työt eivät kunnolla koskaan valmistuneet. Muissa pohjoismaissa IBP-toimi kunnat jatkoivat työtään vuoteen 1974 tai 1975 saakka. Toki Suomessakin tehtiin asiallisesti lßP:hen kuuluvaa työtä ja tuotettiin julkaisuja vie lä 1980-luvulla (esimerkiksi Erkki Haukioja ja hänen Kevolla toiminut tutkimusryhmänsä). Jos rohkenen esittää joitakin arvioita IBP-kam panjan rahoituksen ja organisaation onnistumises ta, niin nähdäkseni asiat menivät siedettävän hy vin. Suomi tietenkin tuli mukaan ydinmaita myö hemmin, rahoitus oli suhteellisen pieni ja päättyi aikaisin. Tiedehallinto oli vasta kehittymässä ja kokemusta tutkimusohjelmista oltiin vasta hank kimassa. Joka tapauksessa aika oli kypsä kansain väliselle yhteistyölle, mikä maailmansodan jälkei sessä tilanteessa (resurssiniukkuutta, kansainvä lisiä ennakkoluulojakin, jne.) oli jäänyt kehitty mättä. Tätä kansainvälisen avautumisen tärkeyttä on muuallakin IBP:tä arvioitaessa korostettu (esim. Academy of Sciences of the Czech Repub lic 2005, National Science Foundation 2005). Teknisesti ja tieteellisesti IBP:hen osallistumi seen oli Suomessa kohtuulliset edellytykset. Tut kimusasemat olivat ainakin olemassa ja kehitty mässä (mukana olivat varsinkin Hyytiälä, Kevo, Lammi ja Oulanka). Tutkimusasemilla oli suuri merkitys IBP:lle, jos kohta toisinkin päin. Kan sainvälinen ohjelma vauhditti asemien toimintaa ja korosti niiden tarpeellisuutta. Myös havainto jen ja tulosten tietojenkäsittelyyn oli juuri saatu mahdollisuudet. Biologien koulutukseen oli sisäl lytetty tilastotiedettä. Osittain havaintoaineistoja laskettiin magneettikortilla ohjelmoitavalla (ison mekaanisen kirjoituskoneen näköisellä) pöytäko neella, mutta reikäkorteille lävistetyn datan käsit tely isoilla tietokoneilla toimi myös, vaikkakin vaati alussa käyttäjältä melkoisesti ponnisteluja. Eli teknisesti ja tieteellisesti suomalaiset olivat nähdäkseni suunnilleen samalla tasolla kuin muut kin keskisuuret maat. Tieteellisiä artikkeleita oli siihen asti julkaistu omissa sarjoissa, mikä oli hyväksyttyä ja täysin "hovikelpoista". Reports from the Kevo Subarctic Research Station oli Kevolla työskenteleville luon nollinen valinta julkaisupaikaksi, koska Kevon tutkimuksen mainetta oltiin luomassa ja nimi ha luttiin iskostaa kansainväliseen tietoisuuteen. Vuo den 1970 volyymistä lähtien sarjassa oli runsaasti joko suoranaisesti tai ainakin asiasisällön puoles ta IBP-projekteihin kuuluvia artikkeleita. Julkai supolitiikassakin kansainvälisen yhteistyön tren di kuitenkin näkyi, ja juuri noihin aikoihin alkoi siirtyminen nykyistä tilannetta kohti. Mitä Kevon IBP:ssä opittiin ilmastoasioista? Kevon IBP-projekti, missä itse sain olla perustuo tannon ja hajotuksen tutkijana, kuului ohjelma alueeseen PT (Productivity of Terrestrial Commu nities). Johtajana oli professori Paavo Kallio, Ke von perustaja. Kansainvälinen toiminta oli Tund ra-ryhmän nimellä, mihin osallistui norjalaisia, ruotsalaisia, brittejä, irlantilaisia, amerikkalaisia, kanadalaisia, itävaltalaisia, australialaisia (tutki musta Antarktiksen läheisillä saarilla!) ja neuvos toliittolaisetkin saatiin mukaan. Kokouksia pidet tiin eri maissa ja Kevollakin vuorollaan. Tundra ryhmää voi hyvin verrata tämän päivän käsittee seen tutkijakoulu. Menetelmiä yhtenäistettiin, niis Lauri Kärenlampi Ekologian murroskausi 1960-luvun lopulla, ja mitä siinä teki IBP? 13 tä keskusteltiin ja kritisoitiin ja pyrittiin opetta man toisille. Paavo Kallio oli monipuolinen biologi, mutta pääasiassa kuitenkin kasvifysiologi. Hän oli Tu run yliopiston kasvitieteen laitoksella pystyttänyt fotosynteesin mittauslaitteiston, joka kesäksi "rou dattiin" Utsjoelle. Alhaisten lämpötilojen, pakkas jaksojen, jatkuvan valon, siis nimenomaan arktis ten tekijöiden vaikutus fotosynteesiin kiinnosti häntä erityisesti, ja siltä osin työ kuului IBP:n ohjelma-alueeseen PP (Production Processes). Paavo Kallion johdolla tutkittiin myös typenyh teytystä. Ilmeni, että esimerkiksi tinajäkälän ty penyhteytyksen lämpötilaoptimi ja äärirajatkin ovat paljon korkeammalla kuin hiilen yhteytyk sen vastaavat. Alhaiset lämpötilat, pitkä valorytmi yms. aja teltiin aikaisemmin pohjoisen metsänrajan lähei syydessä vallitsevan tärkeiksi asioiksi. Työn ku luessa osoittautui, että ainakin osa Lapin ekosys teemeistä (tunturipaljakka, hiekkaisella alustalla kasvava männikkö) on kesäaikana hyvin kuivia ja ekologisia prosesseja summattaessa kasvukau den läpi tulee kosteustekijä vahvasti esille. Niin kauan kuin jäkälä tai sammal on rutikuivaa, se ei tietenkään kasva tai toimi muutenkaan. Samoin karikkeen hajotus hidastuu kuivana ja vuosilus toanalyysi viittasi sademäärän merkitykseen myös Lapin männyn kasvulle. Vastaavasti ilmastonmuu toksen myötä ilmenevät sademäärän jakautumi sen muutokset tulevat muuttamaan ekoprosessien nopeuksia (kvantitatiivinen muutos). Pitemmän ajan myötä sademäärän muutos vannaankin muut taa myös lajien levinneisyyksiä ja runsaussuhtei ta (siis muuttaa eliöyhdyskuntien rakennetta), mitä voi kuvata sanalla kvalitatiivinen muutos. IBP kampanjan yhä jatkuva arvostaminen on nähtävissä mm. USA:n National Science Founda tionin (2005 ) www-sivuilla, jossa kirjoitetaan näin: "The IBP helped to consolidate ecosystem ecolo gy; resulted in a permanent increase in funding for the field, stimulated the use of computer mo deling in ecology; produced smaller-scale models of ecological systems; and trained a generation of researchers." Suurten maiden IBP kampanjassa tuottamaa ai neistoa on yhä kansainvälisissä datapankeissa. IBP:n osaohjelmat tuottivat myös hyvin paljon julkaisuja ja kirjasarjoja. Cambridge University Pressin julkaisemassa keltakantisessa teossarjas sa on lähes 30 paksua osaa (tundra-ekosysteeme jä käsittelevä osa on numero 25). Yksi kirja käsit telee pelkästään IBP:n kehitystä (Worthington, ed.: The evolution of IBP), muut sentään käsittelevät varsinaisia asioita. Pienempien maiden ja projektien osalta saavu tukset tietenkin olivat monentasoisia. Osa aineis toista saattaa olla vieläkin hyllyillä ja pöytälaati koissa, mutta tiiviin yhteistyön ansiosta "hävik ki" lienee jäänyt kohtuullisen pieneksi. Eräät IBP:n valmistelemat kansainväliset meto dioppaat olivat niin huolella tehtyjä, että kelpaa vat vieläkin. Primäärituotannon määritystä koske va kirja P. J. Newbould: Methods for Estimating the Primary Production of Forests (2. edition) on julkaistu www:ssä. Tuloksia on luonnollisesti hyödynnetty myös op pikirjoissa. Suomalaisittain tärkeä Sisulan kirja (Heikki Sisula: Ekologian perusteet, 1975, uusit tu laitos 1980) toi esille myös IBP:n tuloksia. Osal taan se oli varmaankin vauhdittamassa myös kou lun biologian kirjojen uudistumista. IBP:n vaikutus näkyy vieläkin Osa IBP:n myötä syntyneistä tutkimusprojekteis ta jatkaa edelleen. Kevolla Erkki Haukiojan joh dolla alkanut koivun tuholaisten tutkimus painot tui aluksi energiaekologiaan, mutta on sitten tun netusti laajentunut ja syventynyt ketjun kaikkiin vuorovaikutuksiin, joiden parissa hän nyt akate miaprofessorina työskentelee. Murroskauden ja IBP:n jälkeen Myöhemmin tapahtuneiden muutosten ja kehitys ilmiöiden suunta näyttää olevan, että 'ekosystee mi' on käsitteenä edelleen tärkeä, mutta se on "työ kaluna" vaikea ja monimutkainen. Käytännössä tutkimustyö lähes aina kohdistuu johonkin pieneen osasysteemiin ja lähestymistapa (käsitteet, meto Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 Ilmasto muuttuu ■ mukautuvatko metsät 14 dit, tavoitteet) on rajattu. Voidaan tutkia levinnei syyttä, yhdyskuntien rakennetta ja luokittelua, eli öiden välisiä vuorovaikutuksia, populaatio- ja evoluutioilmiöitä, energianvirtaa ja ravinteiden kiertokulkua, tai ekofysiologiaa. Mikä tahansa näistä lähestymistavoista on käyttökelpoinen myös ilmastonmuutoksen vaikutuksia arvioitaessa ja ennakoitaessa. Biodiversiteetin tutkimus on nos tanut eliöryhmien spesialistit jälleen suureen ar voon. Ehkä tilanne ekologian suuntausten välillä on nyt tasapainoinen ja kaikkien lähestymistapo jen tärkeys ymmärretään. Yksi huolenaihe on, että ekologinen käsitteistö ja terminologia eivät suinkaan ole vieläkään val miita ja selkeästi määriteltyjä, vaan niitä käyte tään monilla eri tavoilla. Sellaisetkin peruskäsit teet kuin habitaatti, biotooppi, ekologinen lokero, yhdyskunta ja ekosysteemi ovat monin tavoin käy tettyjä (Looijen 1998). Jos käsitteistö olisi selkeä, sitä voitaisiin paremmin käyttää myös ilmaston muutoksen vaikutuksia tutkittaessa ja arvioitaes sa. Looijenin väitöskirjan ekologiaa koskevien osien lukeminen suorastaan hätkäyttää, niin terä västi hän analysoi käsitteiden puutteellisuutta. Ehkä käsitteistö ei vielä pitkään aikaan pysty sel kiytymäänkään, koska sekava käytäntö on syvään juurtunut, eikä kohde ("luonto") ole yksinkertai nen vaan sisältää monensuuntaista vaihtelua. Luontoa myös tarkastellaan monia eri tarkoituk sia varten, jolloin helposti syntyy erilaisia käsite järjestelmiä (esimerkiksi ekologien, maantieteili jöiden, metsäntutkijoiden, ympäristönsuojelijöi den käsitteistöt). Lopuksi On paikallaan kysyä, missä määrin edellä sanotut seikat murroskaudesta ja IBP:n merkityksestä edustavat "historiallista totuutta"? Luotettavan tarkastelun pitäisi perustua laajaan ja kriittisesti käytettyyn lähdeaineistoon. Kuinka suuri muutos 1960-luvun lopulla tapahtui tuotettujen tieteellis ten julkaisujen sisällössä, opinnäytetutkielmissa, käytetyissä oppimateriaaleissa, tutkimusrahoituk sen suuntaamisessa, jne. Millä aikataululla oppi kirjat ja niiden kieli muuttuivat? Tällaiset asiat han olisivat periaatteessa selvitettävissä ja tilas toitavissa. Vastaukset saattavat joskus antaa pa rempaa tietoa murroskaudesta, jota tässä olen ta pahtumissa mukana olleena, mutta myös kansain välisten lähteiden nojalla hahmotellut (National Science Foundation 2005). Ehkäpä järjestelmäl linen tutkimus aikanaan tuo uusia näkökantoja, mutta tällä hetkellä uskon, että edellä esittämäni ajatukset ovat myöhemminkin pääosin hyväksyt tävissä. Kiitokset Kiitän Erkki Haukiojaa käsikirjoituksen lukemi sesta ja hyödyllisistä kommenteista. Kirjallisuus Academy of Sciences of the Czech Republic 2005: (http://www.butbn.cas.cz/archive/lter/history. Html, 21.2.2005). Coweeta Long Term Ecological Research (http:// coweeta.ecology.uga.edu/webdocs/l/ppforests. Html, 9.3.2005). Looijen, R. 1998. Holism and Reductionism inßiolo gy and Ecology - The mutual dependence of higher and lower level research programmes Proefschrift, Rijks-universiteit Groningen, 241 ss. (http:// www.ub.rug.nl/eldoc/dis/fil/r.c.looijen/, 9.3.2005). National Science Foundation 2005: (http://www. nsf.gov/about/history/nsfooso/environment/ thebirth.htm, 21.2.2005). Odum, E. R (yhteistyössä H. T. Odum): Fundamentals of Ecology. 2. painos, 1959, Saunders, Philadelphia. 546 s. Vik, R. 1971 (toim.) International Biological Program me - Final Report; Scandinavian Countries Den mark, Finland, Norway, Sweden. Published by the Scandinavian National Committees of the IBP. 15 Katsaus globaaliin ilmastonmuutokseen Markku Rummukainen Ilmastonmuutos on ajankohtainen ja maail manlaajuinen yhteiskunnallinen ongelma. Pää töksiä ja ratkaisuja tarvitaan, jotta ihmisten toiminnan vaikutusta ilmastoon saataisiin vä hennettyä. Ilmastonmuutos kytkeytyy eri ta voin useimpiin muihin merkittäviin yhteiskun nallisiin ongelmiin, kuten väestönkasvu, köy hyys, energiantuotanto, ympäristön tila ja luon non monimuotoisuus (biodiversiteetti) (Kuusis to ja Käyhkö 2004). Näitä kestävän kehityk sen eri ongelma-alueita tuskin voidaan ratkais ta yksitellen. Pikemminkin ratkaistavana on eri ongelmien kompleksi, mikä tietysti monimut kaistaa asioita. Toisaalta kestävämpi kehitys jollakin osa-alueella parantaa näkymiä myös toisilla osa-alueilla. Ihmisen toiminnan tiede tään vaikuttavan ilmastoon ja on selvää, että vaikutus tulee lähivuosikymmenien aikana voi mistumaan. Näyttää myös varmalta, että muu tokset ja niiden vaikutukset ovat pienimmil läänkin "suuret" ja edellyttävät sopeutumista. Ilmastopoliittisilla toimenpiteillä muutokset voitaneen pidemmällä tähtäimellä rajoittaa jollekin tietylle tasolle. Problematiikkaan liit tyvät epävarmuustekijät vaikeuttavat osaltaan päätöksentekoa, mutta samalla ne toimivat tär keinä päätöksentekoa motivoivina tekijöinä. Ihmiset vaikuttavat ilmastoon pääasiassa tuot tamalla energiaa fossiilisia polttoaineita (kivihii li, öljyjä maakaasu) hyväksi käyttäen. Sivutuot teena syntyvät kaasupäästöt päätyvät ilmastosys teemin eri osiin ja muuttavat niiden luonnollista tasapainoa. Myös maankäytön muutokset ovat tär keitä ilmastoon vaikuttavia tekijöitä, joiden seu rauksena päästöjä kertyy ilmakehään. Viimeisten 250 vuoden aikana fossiilisten polttoaineiden käy töstä on aiheutunut yli 280 miljardin tonnin hiili päästöt (kuva 1). Todettakoon kuitenkin, että noin puolet näistä päästöistä on tapahtunut viimeisten 35 vuoden aikana. Fossiilisten polttoaineiden käy tön ja maankäytön muutoksien seurauksena muo dostuneista hiilidioksidipäästöistä noin puolet on päätynyt ilmakehään, mikä vastaa yli 30 prosen tin lisäystä ilmakehän hiilidioksidipitoisuuteen. Toinen puolikas on päätynyt pääosin biosfääriin ja valtamerien pintakerroksiin. Ilmakehän kasvava hiilidioksidipitoisuus vai kuttaa maapallon säteilytasapainoon säätelemällä Kuva 1. Maapallonlaajuisten hiilidioksidipäästöjen kehitys vuoteen 2000 mennessä. Kuvassa on mukana fossiilisten polttoaineiden käytöstä seu ranneet päästöt, mukaan lukien sementintuotannon aiheuttama pieni lisä (Marland ym. 2003). Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 16 maapallolle tulevan auringonsäteilyn, ja sitä tasa painottavan ulos suuntautuvan lämpösäteilyn mää rää. Ilmakehän kohoavan hiilidioksidipitoisuuden suora vaikutus pinnanläheiseen lämpötilaan on melko rajallinen. Näennäisesti pienehköt muutok set voivat kuitenkin kertautua ilmastosysteemin eri osissa. Menneiden luonnollisten ilmastovaih teluiden, nykyaikaisten ilmastosysteemihavainto jen ja ilmastomallien valossa nämä ns. palaute vaikutukset tehostavat huomattavasti lämpenemis tä. Hiilidioksidin lisäksi myös muiden kasvihuo nekaasupäästöjen (metaani, typpioksiduuli, erinäi set teolliset kaasut, samoin kuin rikkidioksidi-ja jopa nokipäästöt) merkitys on myös huomattava. Rikkipäästöillä on todennäköisesti viilentävä vai kutus, koska se lisää saapuvan auringonsäteilyn heijastumista takaisin avaruuteen. Vesihöyryn, joka on tehokas kasvihuonekaasu, määrä ilmake hässä määräytyy veden luonnollisen kiertokulun mukaan. Osa edellä mainituista palautevaikutuk sista kuitenkin liittyy juuri vesihöyryyn. Lämpe nevä ilmakehä pystyy sisältämään enemmän ve sihöyryä, mikä voimistaa alkuperäistä lämpene mistä. Ihmistoiminta on jo muuttanut ilmastoa Historian kuluessa ilmastossa on esiintynyt pal jon vaihtelua ja muutoksia. Ennen ihmisen vaiku tusta ilmastonvaihtelut johtuivat luonnollisista te kijöistä. Pitkien ajanjaksojen saatossa ilmastoon vaikuttavat mannerlaattojen liikkeet, maapallon kiertoradan pienet heilahtelut, voimakkaat tulivuo renpurkaukset ja vaihtelu auringon omassa toimin nassa. Luonnolliset tekijät eivät kuitenkaan riitä selittämään viimeisten vuosikymmenten aikana tapahtunutta maailmanlaajuista lämpenemistä (kuva 2). Mittausten mukaan maapallon pinnan läheinen keskilämpötila on noussut viimeisten 100 vuoden aikana noin 0,6 astetta (Folland ym. 2001). Ilmaston näkökulmasta 100 vuotta on lyhyt jak so, jonka aikana luonnollisia ilmastoon vaikutta via tekijöitä ovat lähinnä tulivuoritoiminta ja muu tokset auringon säteilyssä. Tutkimustulosten va lossa nämä selittänevätkin suurelta osin mitatut vaihtelut 1900-luvun puoliväliin asti. Mainittujen luonnollisten tekijöiden vaikutuksesta viime vuo sisadan toisella puoliskolla ilmaston olisi kuiten kin lämpenemisen asemasta pitänyt viilentyä. Jat kuva lämpeneminen voidaan selittää ainoastaan ottamalla huomioon myös ihmisen toiminnan vai kutus ilmastoon päästöjen ja maankäytön muutos ten muodossa (Mitchell ym. 2001). Mainitsemi sen arvoista on, että ainakin menneen vuosisadan ja todennäköisesti myös viimeisten 2000 vuoden aikana (Moberg ym. 2005), maapallon kymme nen kaikkein lämpimintä vuotta ovat osuneet vii meisten 15 vuoden jaksolle. Lämpimimmät viisi vuotta ovat toistaiseksi olleet 1998,2002 ja 2003, 2004 ja 2001. Pienet vuosittaiset vaihtelut kuulu vat ilmastosysteemin sisäiseen vaihteluun, ja voi Kuva 2. Maapallon keskimääräisen pintalämpötilan kehitys ajanjak solla 1880-2004. Arvot ilmaisevat vuosittaisten arvojen eroa jakson 1961 -90 keskilämpötilasta, jota käytännön syistä käytetään usein ver tailujaksona ilmastotutkimuksessa (Jones ym. 1999, Jones ja Moberg 2003). Markku Rummukainen Katsaus globaaliin ilmastonmuutokseen 17 vat aiheutua esimerkiksi muutoksista ilmakehän ja valtamerien pintakerrosten vuorovaikutukses sa. Ilmaston muuttumisella on muitakin seurauk sia kuin pinnanläheisen keskilämpötilan kohoami nen. Pohjoisilla napa-alueilla merijääolosuhteet ovat selvästi lieventyneet, lähinnä kesäkautena. Pohjoisella pallonpuoliskolla on todettu myös lumi-ilmaston lauhtuneen etenkin kevätkautena. Erityisesti napa-alueiden ulkopuolella sijaitsevat vuoristojäätiköt ovat kutistumassa. Merien läm pösisältö on kasvanut. Mielenkiintoinen havainto on myös ilmakehän ylempien kerrosten jäähtymi nen, mikä tukee teoriaa kasvihuoneilmiön voimis tumisesta. Kasvihuonekaasujen määrähän ei lisää maapallon vastaanottamaa auringonsäteilyn mää rää (paitsi mahdollisesti jo edellä mainittujen pa lautevaikutusten takia epäsuorasti, esimerkiksi pil violosuhteiden muutosten muodossa). Kyse on näin ollen säteilykuljetuksen muutoksista ilmake hässä: ilmakehän alaosa lämpenee samalla kun sen yläosa jäähtyy. Pinnanläheinen lämpeneminen etenkin viimeis ten vuosikymmenien aikana on globaali ilmiö. Globaali lämpeneminen ei kuitenkaan ole alueel lisesti aivan tasaisesti jakautunut. Tämä johtuu il mastosysteemin ominaisuuksista, ja mahdollises ti myös ilmakehän ja valtamerien kiertoliikkeisiin vaikuttavista palautevaikutteista. Mantereet ovat lämmenneet merialueita nopeammin. Lämpenemi nen on ollut voimakkainta talvisin. Maa-alueilla yölämpötilat ovat lisäksi kohonneet enemmän kuin päivälämpötilat. Globaalisti myös sateisuus on saatavissa olevi en mittatietojen mukaan lisääntynyt jonkun ver ran, etenkin pohjoisen pallonpuoliskon keskile veysasteilla. Subtrooppisilla alueilla sateisuus on ilmeisesti vähentynyt hieman. Merenpinnan taso kin nousee, mikä ainakin osittain selittyy merien pintakerrosten lämpölaajenemisen ja vuoristojää tiköiden sulamisella. Ilmastonmuutoksen pysäyttämi nen on hidas prosessi - hillitseminen syytä aloittaa heti Lähivuosikymmenien aikana odotettavissa on jat kuva ilmaston lämpeneminen. Ilmastosysteemin hitaudesta johtuen tietty lisälämpeneminen olisi odotettavissa jopa siinä epätodennäköisessä tapa uksessa, että päästöt pystyttäisiin pysäyttämään kertaheitolla. Fossiilisia polttoaineita ei kuitenkaan voida aivan helposti korvata maailman energia lähteenä. Globaalisti noin 80 % lämmitykseen, jäähdyttämiseen, liikenteeseen sekä kotitalouksi en ja teollisuuden ylläpitämiseen tarvittavasta energiasta tuotetaan fossiilisia polttoaineita käyt tämällä. Saatavilla olevat öljy- ja maakaasumää rät arvioidaan rajoitetuiksi, mutta koska kivihiiltä riittää vielä pitkään, fossiilisten polttoaineiden saatavuus ei välttämättä aseta merkittävämpiä ra joituksia päästöjen määrälle lähivuosikymmeni en aikana. Kuinka suuriksi päästöt vielä kehitty vät riippuu monista tekijöistä, kuten väestönkas vu, talouskasvu sekä tehokkaamman ja puhtaam man teknologian kehittyminen. Lienee helppoa ymmärtää, että esimerkiksi myös arvokäsitteiden muutokset ja yhteiskuntarakentaminen vaikutta vat tarvittavan energian määrään. Kaikkiin näihin kehityslinjoihin voidaan vaikuttaa kansainvälisin sopimuksin, mikä tietysti edellyttää kansallista osallistumista ja siten jokaisen yksilön myötävai kutusta. Päästöjen tulevaa kehitystä tutkitaan skenaari oiden avulla (skenaario = johdonmukainen kuva us tapahtumasarjasta, jonka toteutuminen on tu levaisuudessa mahdollinen). Edellä mainitut ke hityslinjat huomioon ottaen on selvää, että pääs töjen rajoittaminen ja vähentäminen ei ole yksin kertaista. Aiemmat päästöt, yhteiskunnan nykyti la ja kehitystrendit hidastavat mahdollisten toi menpiteiden tehokkuutta. Ilmastomuutokseen ei juurikaan voitane vaikuttaa seuraavien 30-50 vuo den aikana. On kuitenkin tärkeää alkaa rajoittaa ja pienentää päästöjä jo nyt, jotta ilmastomuutos ta voidaan ratkaisevasti hidastaa kuluvan vuosi sadan aikana. Tämä onkin kansainvälisen ilmas Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 18 toa koskevan yhteistyön päätavoite, jota etenkin EU ajaa voimallisesti. Helmikuussa vuonna 2005 viimein voimaan astunut Kioto-protokolla sisäl tää ensimmäiset kansainvälisesti sovitut ja sitovat päästörajoitukset. Sovitut rajoitukset eivät sellai senaan ratkaise ongelmia mutta ne merkitsevät alkua ratkaisuihin johtaville toimenpiteille. Sama voidaan todeta hiilinielujen lisäämisestä, eli mah dollisuudesta sitoa ilmakehään jo päästettyä hiili dioksidia esimerkiksi metsiin. Biologisilla hiili nieluilla ei ongelmaa ratkaista mutta niillä on var masti merkitystä osana suurempaa ratkaisujen joukkoa. Vuoteen 2050 mennessä globaalin keskilämpö tilan on arvioitu nousevan vajaasta asteesta jopa 2,5 asteeseen. Vuoteen 2100 mennessä lämpöti lan nousun on arvioitu vaihtelevan vajaasta 1,5 asteesta lähes 6 asteeseen (Cubash ym. 2001). Näin ollen muutos olisi 2-10-kertainen 1900-lu vulla havaittuun maapallon keskimääräiseen läm penemiseen verrattuna. Ilmasto muuttunee siis sekä enemmän että nopeammin seuraavien vuo sikymmenien aikana verrattuna viimeiseen sataan vuoteen ja luonnollisten ilmastovaihteluiden ai heuttamaan vaihteluun useiden vuosituhansien ai kana. Erilaisten lämpötilojen muutoslaskelmien erot saattavat vaikuttaa suurilta. Osittain ne johtuvat tiedon puutteesta: edelleenkään ei tiedetä miten ilmasto tarkalleen muuttuu päästöjen seuraukse na. Toisaalta ne johtuvat epävarmuudesta päästö jen kehittymisen suhteen. Epävarmuudetkin huo mioon ottaen maapallon keskilämpötilan lasketaan joka tapauksessa nousevan huomattavasti kuluvan vuosisadan aikana. Ilmastonmuutos ei koske vain lämpötilaa vaan kyse on myös sademäärästä, maankosteudesta, tuuliolosuhteista, merenpinnan tasosta, jäätiköistä ja myös muutoksien maantie teellisestä jakautumisesta ja vuodenaikaisjakau masta. Ilmaston lasketaan lämpenevän huomatta vasti enemmän monilla manneralueilla, ja eten kin pohjoisilla napa-alueilla ja niiden läheisyydes sä, verrattuna maapallon vuosikeskilämpötilan nousuun. Epävarmuustekijät lisäävät ilmastomuutoksen ongelmalli suutta Ilmaston muuttuminen vaikuttaa sekä ympäristön tilaan että useimpien yhteiskuntasektorien toimin taan, kuten rakentaminen, vesivoiman tuotanto, metsätalous, maatalous, maa- ja meriliikenne. Il maston keskimääräinen muutos on tärkeä, samoin kuin eri ääri-ilmiöiden muuttuminen. Yleinen läm peneminen lieventänee pahimpia pakkaspiikkejä, mutta toisaalta nostattaa elohopeaa entistä kor keammalle myös hellepäivinä. Sateiden lasketaan yleisesti voimistuvan. Tuuli-ja myrskyolosuhtei den mahdollisista muutoksista tiedetään vielä vä hän. Rajumyrskyjen voima voi lisääntyä jonkun verran. Myrskyratojen paikat ja pituudet voivat myös muuttua ilmaston muuttuessa. Pohjolassa ilmastonmuutoksen mahdolliset vaikutukset kos kettavat etenkin yhteiskunnan infrastruktuuria (esim. satamat ja muu rantarakentaminen, raken taminen yleensä, tie-ja rataverkosto, padot), luon non monimuotoisuutta, sekä maa- ja metsätalout ta. Ilmaston lämpenemisellä on monia vaikutuksia metsä- ja maatalouteen Pohjolassa (KSLA 2004, SILMU 1996). Lämpeneminen pidentää tietysti kasvukautta, mikä johtanee lisääntyvään kasvuun valo-olosuhteiden niin salliessa. Ilmakehän kor keampi hiilidioksidipitoisuus merkinnee myös parempia kasvuolosuhteita. Aikaistunut kasvukau si saattaa kuitenkin merkitä myös keväthallan merkityksen kasvamista. Lämpeneminen, samoin kuin kosteusolosuhteiden muutokset, saattavat al tistaa kasveja erilaisille eläinten, hyönteisten ja taudinaiheuttajien aiheuttamille tuhoille. Lämpö tilan ja sademäärän muutokset vaikuttavat myös routaan ja lumipeitteeseen. Suomen eri osissa muutokset voivat seuraavien vuosikymmenien ai kana muodostua hyvinkin erilaisiksi. Lumipeite saattaa paikoitellen kasvaa jos sademäärä lisään tyy enemmän suhteessa lämpötilaan. Toisaalta, siellä missä lumipeite ohenee, routa saattaa lisään tyä, vaikka ilmasto olisikin jo alkanut lämmetä. Siellä missä routa hellittää, saattavat myrskytuhot Katsaus globaaliin ilmastonmuutokseen Markku Rummukainen 19 lisääntyä riippumatta siitä miten tuulet ja myrskyt muuttuvat, koska routa parantaa talvisaikaan juur ten ankkuroitumista maahan. Metsän luonteen muuttuminen, esimerkiksi ilmastonmuutoksen ja taloudellisten tai muiden metsänhoidollisten syi den ajamana, vaikuttaa metsien ilmastoherkkyy teen. Mahdolliset ilmastonmuutoksen vaikutukset metsiin ja metsätalouteen nivoutuvat siten alan muihin kehitystekijöihin. Yhteenvetona voitaneen todeta, että ilmaston muutoksen mahdollisista vaikutuksista metsiin on saatavilla enemmän laadullista kuin määrällistä tie toa. Myös eri tekijöiden yhteyksistä ja yhteisvai kutuksista tiedetään vain vähän (KSLA 2004, Rummukainen ym. 2005). Tiedon merkitys pää töksenteon tueksi on kasvanut. Nykytiedon poh jalta voidaan varmasti ainakin sanoa, että ilmas to-olosuhteet tulevat jatkuvasti muuttumaan seu raavien vuosikymmenten aikana. Kuva 3 näyttää miten esimerkiksi Ruotsin alueella vuosikeskiläm pötila voidaan laskea kehittyvän globaalien ilmas tomuutoslaskelmien valossa. Taustalla olevan jat kuvan muutoksen lisäksi lämpötila vaihtelee vuo desta toiseen luonnollisista syistä. Vaihteluväli ja ääriarvot tietysti muuttuvat keskimääräisen muu toksen myötä uusille tasoille. Kuvan esimerkeis Kuva 3. Kaksi SMHI:n Rossby-keskuksessa laskettua alueellista lämpötilamuutosarviota, jotka perustuvat kahteen eri arvioon globaalien päästöjen muutoksis ta vuoteen 2100 asti ja suhteellisen keskimääräiseen arvioon ilmastosysteemin herkkyydestä (vrt. teksti). Lasketut muutokset näytetään suhteessa jakson 1961 - 90 keskilämpötilaan, joka on kuvassa normitettu nol laksi. sä alueellinen lämpeneminen ylittää 1900-luvun aikana vallinneen vuosikeskilämpötilan vaihtelu välin jo jaksolla 2020-30. Tällöin siis "normaali vuosi" on yhtä lämmin kuin lämpimin vuosi vii meisten sadan vuoden aikana ja "poikkeukselli sen lämmin" vuosi on huomattavasti aiemman vaihteluvälin yläpuolella. Ilmasto siis todennäköisesti lämpenee selvästi seuraavien vuosikymmenien aikana. Lämpenemi sen aiheuttamat muutokset voivat olla yllättäviä ja jopa dramaattisia, jos ilmastosysteemi reagoi päästöihin odottamattomilla tavoilla. Epävarmuus ilmastonmuutoksen kehittymisestä tulevaisuudes sa vaikeuttaa odotettujen vaikutuksien arviointia ja päätöksentekoa. Alueellisesti ilmastonmuutok sella voi olla myönteisiäkin vaikutuksia mutta koko maapallon kannalta odotettujen vaikutusten summa on selvästi kielteinen. Kirjallisuus Cubash, U., Meehl, G.A., Boer, G.J., Stouffer, R.J., Dix, M., Noda, A., Senior, C.A., Raper, S. & Yap, K.S. 2001. Projections of Future Climate Change. Jul kaisussa: Houghton J.T., Ding, Y., Griggs, D.J., Noguer, M., van der Linden, P.J., Dai, X., Maskell, K.Johnson, C.A. (toim.) IPCC 2001. Climate Chan ge 2001. The Scientific basis: Contribution of wor king group I to the third assessment report of the Intergovernmental panel on climate change. Cam bridge University Press. Cambridge. 881 s. (kts. myös http://www.ipcc.ch). Folland, C.K., Karl, T.R., Christy, J.R., Clarke, R.A., Gruza, G.V., Jouzel, J., Mann, M.E., Oerlemans, J., Salinger, M.J. & Wang, S.-W. 2001. Observed cli mate variability and change. Julkaisussa: Hough ton J.T., Ding, Y., Griggs, D.J., Noguer, M., van der Linden, P.J., Dai, X., Maskell, K. & Johnson, C.A. (toim.) IPCC 2001. Climate Change 2001. Contribution of working group 1 to the third assess ment report of the Intergovernmental panel on cli mate change. Cambridge University Press. Cam bridge. 881 s. (Kts. myös http://www.ipcc.ch). Jones, P.D., New, M., Parker, D.E., Martin, S. & Rigor, I.G. 1999. Surface air temperature and its changes Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 Ilmasto muuttuu • mukautuvatko metsät 20 over the past 150 years. Reviews of Geophysics 37: 173-199. (Kts. myös http://www.cru.uea.ac.uk/ ). Jones, P.D. & Moberg, A. 2003. Hemispheric and lar ge-scale surface air temperature variations: An ex tensive revision and an update to 2001. Journal of Climate 16: 206-223. KSLA, 2004: Sonesson, J. (toim.) Climate Change and forestry in Sweden - a literature review. KSLA Tid skrift, ärg. 143, nr 18. (Kts. http://www.ksla.se ). Kuusisto, E. & Käyhkö, J. 2004. Globaalimuutos - Suo men Akatemian FIGARE-ohjelma. Kustannusosa keyhtiö Otava. 176 s. Marland, G., Boden, T.A. & Andres, R.J. 2003. Global, Regional, and National C0 2 Emissions. In Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Tennessee. Mitchell, J.F.8., Karoly, D.J., Hegerl, G.C., Zwiers, F. W., Allen, M.R. & Marengo, J. 2001. Detection of Climate Change and Attribution of causes. Julkai sussa: Houghton J.T., Ding, Y., Griggs, D.J., No guer, M., van der Linden, P.J., Dai, X., Maskell, K. & Johnson, C.A. (toim.) IPCC 2001. Climate Chan ge 2001. The Scientific basis: Contribution of wor king group 1 to the third assessment report of the Intergovernmental panel on climate change. Cam bridge University Press. Cambridge. 881 s (kts. myös http://www.ipcc.eh). Moberg, A. Sonechkin, D.M., Holmgren, K, Datsen ko, N.M. & Karien, W. 2005. Highly variable Nort hern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high resolution proxy data. Nature 433: 613-617. Rummukainen, M., Bergström, S., Persson, G. och Ressner, E. 2005. Anpassning tili klimatförändrin gar. Kartläggning av arbete med särbarhetsanaly ser, anpassningsbehov och anpassningsätgärder i Sverige tili framtida klimatförändring. SMHI Re ports Meteorology and Climatology No. 106. Norr köping. 44 s. SILMU, 1996: Julkaisussa: Kuusisto, E., Kauppi, L. & Heikinheimo, P. (toim.) Ilmastonmuutos ja Suomi. Yliopistopaino. Helsinki. 265 s. 21 Ilmastonmuutosskenaarioita Suomelle Kirsti Jylhä, Kimmo Ruosteenoja ja Heikki Tuomenvirta Johdanto Ilmastomallikokeiden tuloksia analysoimalla on laadittu skenaarioita siitä, miten Suomen ilmasto muuttuu tämän vuosisadan aikana. Odotettavissa on lämpenevää ja sateisempaa. Sääolot vaihtelevat vuodesta toiseen tulevaisuu dessakin, mutta kylmät talvet harvinaistuvat ja leudot yleistyvät. Vuosisadan lopulla kevään viimeinen pakkaspäivä koittaa malliarvioiden mukaan keskimäärin 15-30 vrk aiemmin kuin nykyään ja suunnilleen saman verran myöhem mäksi siirtyvät syksyn ensimmäiset pakkaset. Talvisin sateet lisääntyvät, voimistuvat ja tule vat entistä useammin vetenä. Keskimääräinen lumensyvyys jää alle puoleen nykyisestä. Vaik ka kesän kokonaissademäärä ei juurikaan muutu, rankkasateet näyttäisivät voimistuvan. Skenaariot kuvaavat keskimääräisten ilmasto olojen lisäksi myös sään vaihteluita, ja ne pe rustuvat aiempaa suurempaan määrään erilai sia mallikokeita. Siten ilmastonmuutoksiin liit tyviä epävarmuustekijöitä saadaan otettua huomioon entistä monipuolisemmin arvioita essa muutosten vaikutuksia ja niihin varautu miskeinoja. FIGARE-tutkimusohjelmaan (Kuusisto ja Käyhkö 2004) kuuluneessa FINSKEN-hankkees sa (Carter ym. 2004) laadittiin vaihtoehtoisia tu levaisuudennäkymiä eli skenaarioita sille, miten maamme keskilämpötila ja keskimääräinen sade määrä muuttuvat seuraavan sadan vuoden aikana kasvihuoneilmiön voimistuessa (Jylhä ym. 2004). Eurooppalaisen PRUDENCE-hankkeen (Chris tensen ym. 2005) tuoreeseen satoon kuuluvat puo lestaan mm. ilmaston ääri-ilmiöitä koskevat arvi ot. Seuraavassa kerromme skenaarioiden laadin nasta ja esitämme arvioita Suomen sateista, läm pötiloista ja lumipeitteestä tulevaisuudessa. Kasvihuoneilmiö voimistuu Ihmiskunnan toimet ovat jo muuttaneet ilmake hän koostumusta, ja tulevaisuudessa odotettavis sa on yhä suurempia muutoksia. Hiilidioksidia on nykyisin noin 1,3-kertainen, ja metaania yli kak sinkertainen määrä ennen teollista vallankumousta vallinneeseen tasoon verrattuna. Lisäys on pää osin peräisin fossiilisten polttoaineiden käytöstä viime vuosikymmeninä. Myös maakäytön muu tokset, kuten metsien hakkuut, ovat kohottaneet pitoisuuksia. Hiilidioksidin, metaanin ja muiden kasvihuone kaasujen lisääntyminen voimistaa kasvihuoneil miötä eli ilmakehän kykyä vähentää maapinnan säteilemän lämmön karkaamista avaruuteen. Kun entistä enemmän energiaa kertyy ilmastojärjestel mään, ilmasto vääjäämättä muuttuu. Hiilidioksi dipäästöt vaikuttavat ilmakehässä vuosikymme niä, jopa vuosisatoja. Metaanipäästöjen poistuma aika on runsaat kymmenen vuotta. Pitoisuuksien muutokset ovat maapallon kannalta häiriöitä (sä teilypakotteita), joihin ilmasto reagoi. Ilmaston lämmetessä kasvaa myös ilmakehän tärkeimmän luontaisen kasvihuonekaasun eli vesihöyryn pi toisuus. Tämä voimistaa kasvihuoneilmiötä enti sestään. Fossiilisia polttoaineita käytettäessä ilmakehään joutuu myös rikki-ja typpiyhdisteitä, jotka ilma Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 22 kehässä muuntuvat leijuviksi pienhiukkasiksi. Ne jäähdyttävät ilmastoa, mutta kuinka paljon - sitä on hyvin vaikea arvioida. On arveltu, että pien hiukkasten takia ilmasto on tähän mennessä läm mennyt hitaammin kuin pelkkä kasvihuonekaasu jen lisääntyminen edellyttäisi. Toisin kuin kasvi huonekaasut, hiukkaset poistuvat ilmakehästä kes kimäärin jo muutamassa viikossa. Niinpä niiden pitoisuudet ovat suurimmillaan lähellä päästöläh teitä. Lähtökohtana globaalit sosio-ekonomiset ja teknologiset skenaariot Ilmastonmuutosskenaariot perustuvat arvioihin tulevista kasvihuonekaasujen ja pienhiukkasten pitoisuuksista ilmakehässä. Näiden pohjana ovat Hallitustenvälisen ilmastopaneelin (Intergovern mental Panel on Climate Change, IPCC) esittä mät vaihtoehtoiset arviot taloudellisesta, teknolo gisesta ja yhteiskunnallisesta kehityksestä maapal lolla tämän vuosisadan aikana (infotaulu 1). Riip puen siitä, oletetaanko tulevaisuudessa painotet tavan taloudellista kasvua vai ympäristön hyvin vointia ja toisaalta globalisaatiota vai alueellista eriytymistä, päädytään erilaisiin arvioihin mm. ta louden, energiantuotantoteknologian, maankäytön ja väkiluvun kehityksestä. Ilmastonmuutosten kan nalta keskeiset kasvihuonekaasu-ja hiukkaspääs töt riippuvat näistä tekijöistä. Päästöistä voidaan aineen kiertoa kuvaavien mallien avulla edelleen laskea ilmakehän koostimuksen muutoksia. Vuon na 2004 ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli noin 375 ppm. Kaikissa IPCC:n SRES-skenaarioissa hiilidioksidipitoisuus kasvaa lähivuosikymmeni nä lähes samaa tahtia, mutta vuosisadan loppu puolella skenaarioissa on selviä eroja. Vuonna 2100 pitoisuus vaihtelee 540 ppm:stä (Bl) 960 ppm:ään (A1F1) IPCC:n (2001) arvion mukaan. Työkaluina ilmastomallit Muuttuvien kasvihuonekaasu- ja hiukkaspitoi suuksien vaikutusta tulevaisuuden ilmastoon tut kitaan ilmastomallien avulla. Niillä kuvataan il makehän, merten ja vesistöjen, lumen ja jään, kasvillisuuden sekä maaperän käyttäytymistä ja niiden vuorovaikutuksia. Mallit perustuvat fysii kan yhtälöihin, jotka on kirjoitettu tietokoneille soveltuvaan muotoon. Yhtälöt ratkaistaan kolmi ulotteisessa hilapisteikössä aika-askel aika-aske leelta siten, että uusien laskujen pohjana ovat edel lisen aika-askeleen tulokset. Mallien syöttötietoi na käytetään jonkin päästöskenaarion mukaisia arvioita tulevista pitoisuuksista. Ilmakehän virta ukset lasketaan tyypillisesti 10-20 eri korkeudel la, ja samoin lasketaan eri syvyyksillä valtamer ten virtaukset. Vaakatasossa laskentapisteitä on maapallonlaajuisissa ilmakehämalleissa noin 300 kilometrin välein. Rajoitetun alueen malleissa hi lapisteitä on tiheämmässä, tällä hetkellä tyypilli sesti noin 50 kilometrin välein. Paremman paikallisen erotuskykynsä ansiosta alueelliset ilmastomallit pystyvät kuvaamaan esi Infotaulu 1. Ilmatieteen laitoksessa viime vuosina laadittujen ilmastonmuutosskenaarioi den lähtökohtana ovat seuraavat neljä ilmakehän kasvihuone-ja hiukkaspitoisuuden ske naarioita (IPCC, 2001): A1FI: Hyvin runsaat päästöt kulutusta suosivassa nopean talouskasvun yhdentyvässä maailmassa, jossa energiantuotanto perustuu pääasiassa fossiilisiin energialähteisiin. A2: Melko runsaat päästöt kulutusta suosivassa maailmassa, jossa väestönkasvu ja alueelliset tu- loerot säilyvät suurina. B2: Hitaasti lisääntyvät päästöt kestävään kehitykseen tähtäävässä maailmassa, jossa paikalliset ratkaisut ohjaavat kehitystä ja alueelliset erot säilyvät suurina. B 1: Aluksi lisääntyvät, mutta vuosisadan puolivälin vaiheilla laskuun kääntyvät päästöt palvelu- ja tietokeskeisessä, yhdentyvässä maailmassa, jossa tähdätään kestävään kehitykseen sekä tulo- ja kehityserojen tasoittumiseen. Ilmastonmuutosskenaarioita Suomelle Kirsti Jylhä, Kimmo Ruosteenoja ja Heikki Tuomenvirta merkiksi maanpinnan korkeuserojen sekä maan ja merien jakauman vaikutuksia ilmastoon parem min kuin maapallonlaajuiset mallit. Ne ovat tar kempia myös sääilmiöiden yksityiskohtien simu loinnissa. Hienohilaiset alueelliset ilmastomallit ovat kuitenkin riippuvaisia maapallonlaajuisista malleista, sillä ne tarvitsevat niiden tuottamia kent tiä laskenta-alueensa reunoilla. Niinpä alueellis ten ilmastomallien tehtävänä voidaan pitää glo baalien mallien tulosten alueellista tarkentamista tiheämmän laskentapisteikön avulla. FINSKEN-ilmastoskenaariot Suomelle perus tuivat maapallonlaajuisiin mallikokeisiin, kun taas PRUDENCE-hankkeessa käytettiin Euroopan ja osan Atlantia kattavia alueellisia malleja. Analy soimamme malliajot on lueteltu taulukossa 1. Mo lemmilla mallityypillä, joskaan ei jokaisella alu eellisella mallilla, tehtiin A2-skenaarion lisäksi 82-skenaarioon perustuvia ilmastokokeita. Toi saalta käytettävissä oli vain muutamia simulaati oita, jotka perustuivat IPCC:n suurimpaan (A1FI) tai pienimpään (B 1) päästöskenaarioon. Näitä vas taavat ilmastonmuutosskenaariot jouduttiin joh tamaan olemassa olevista simulaatioista käyttä mällä taulukon 1 malleja yksinkertaisempaa ilmas tomallia. Koska paraskin malli on vain vajavainen kuva us luonnosta, ilmastomallit eivät pysty täysin to denmukaisesti kuvaamaan kaikkia nykyilmaston havaittuja piirteitä. Tämän takia ilmastoskenaari ot esitetäänkin yleensä tulevaa ja nykyistä ilmas toa kuvaavien mallitulosten erotuksina, jotka li sätään havaittuihin arvoihin. Jotta skenaarioita voidaan soveltaa ilmastonmuutoksen vaikutus-ja Taulukko 1. a) FINSKEN-hankkeessa käytetyt maapallonlaajuiset ilmastomallit. Vaakasuntainen erotusky ky (itä-länsi x pohjois-etelä) on laskettu leveyspiirillä 65 °N (Jylhä ym. 2004). b) PRUDENCE-hankkees sa käytettyjä alueellisia ilmastomalleja sekä laskenta-alueen reunoilla kussakin kokeessa käytetty koko maapallon kattava malli. Malleilla tehdyt SRES-päästöskenaarioiden mukaiset simulaatiot on lueteltu 4. sarakkeessa (suluissa skaalatut, likiarvoiset tulokset). a) Globaali yleisen kiertoliikkeen ilmakehä-valtamerimalli Lyhenne Alkuperämaa Erotuskyky SRES- (km) päästöskenaariot HadCM3 Iso-Britannia 180x280 A1FI.A2, B2, B1 ECHAM4/OPYC3 Saksa 130x310 (A1FI), A2, B2, (Bl) CSIRO-MK2 Australia 260 x 350 (A1FI), A2, B2, Bl NCAR-PCM USA 130x310 (A1FI), A2.B2, (Bl) CGCM2 Kanada 180x410 A2, B2 GFDL-R30 USA 170x250 A2, B2 b) Hienohilainen alueellinen malli Lyhenne Alkuperämaa Erotuskyky SRES- Reunaehdot antava (km) päästö- globaali skenaariot ilmastomalli HIRHAM Tanska 50x50 A2 HadAM3H A2, B2 ECHAM4/OPYC3 HadRM3P Iso-Britannia 50x50 A2, B2 HadAM3P HadRM3H Iso-Britannia 50x50 A2 HadAM3H CHRM Sveitsi 55x55 A2 HadAM3H CLM Saksa 56x56 A2 HadAM3H REMO Saksa 55x55 A2 HadAM3H RCAO Ruotsi 50x50 A2, B2 HadAM3H A2, B2 ECHAM4/OPYC3 RACM02 Alankomaat 50x50 A2 HadAM3H 23 Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 24 sopeutumistutkimuksissa, tarvitaan siten tavalli sesti myös havaintotietoa tällä hetkellä vallitse vasta ilmastosta keskimääräisine arvoineen ja vaihteluineen. Keskimäärin lämpimämpää ja vähemmän pakkaspäiviä Lämpenemisen alueellisen jakauman arvioiminen on epävarmempaa kuin koko maapallon keskiläm pötilan ennustaminen. Pohjois-Euroopan lämpö tilojen muutoksia on erityisen hankala ennustaa, koska niihin vaikuttavien Pohjois-Atlantin meri virtojen käyttäytyminen ilmaston lämmetessä on runsaasti lisätutkimusta vaativa kysymys. Tässä kappaleessa tarkastelluissa maapallon kattavissa malleissa ilmastonmuutos heikentää Pohjois-At lantin kiertoliikettä jonkin verran, mutta se ei estä lämpötilan kohoamista ympäröivillä maa-alueil la. Globaalien mallien keskiarvona laaditun arvi on mukaan Suomen keskilämpötila kohoaa tämän vuosisadan aikana 0,3-0,6 °C vuosikymmenessä (kuva 1). Koko 1900-luvun aikana havaittu läm peneminen oli vain noin 0,7 astetta, mihin verrat tuna ennakoitu muutos on 4-10 kertaa nopeampi. Eniten lämpötila kohoaa suurimpien kasvihuone kaasupäästöjen skenaariossa AIFI. Haarukan ala rajaan päädytään 81-skenaariossa, jossa päästöt alkavat vuosisadan puolivälissä vähetä. Ilmakehään jo päässeiden ja siellä pitkään vii pyvien kasvihuonekaasujen takia eri päästöske naarioita vastaavat kaasujen pitoisuudet ilmake hässä alkavat poiketa selvästi toisistaan vasta muu taman vuosikymmenen päästä. Lisäksi lämpöti lan nousu seuraa pitoisuuksien lisääntymistä vii veellä, sillä valtameriin sitoutuva lämpö jarruttaa ilmaston muuttumista. Niinpä lämpötilan nousu ei vielä lähivuosikymmeninä näytä juuri riippu van päästöjen kehityksestä (kuva 1). Sitäkin enem män päästöjen rajoittaminen vaikuttaa siihen, mil laisessa ilmastossa maamme metsät kasvavat muu taman ihmissukupolven kuluttua. Eri tutkimuskeskusten mallit eivät ole saman laisia, joten esimerkiksi Suomen alueella niiden tulokset eroavat jonkin verran toisistaan. Kuvan 1 oikeasta laidasta nähdään, minkä verran kuhun kin päästöskenaarioon liittyvä lämpeneminen Kuva 1. Suomen keskilämpötilan muutos poikkeamana jakson 1961 1990 keskiarvosta. Käyrät esittävät 30 vuoden liukuvia keskiar voja: musta käyrä havaittuja muutoksia ja värilliset käyrät pääs töskenaarioihin AIFI, A 2, B2 ja Bl perustuvia arvioita neljän il mastomallin (HadCM3, ECHAM4/OPYC3, NCAR-PCM, CSI RO-Mk2) keskiarvona. Ilmaston luontaista vaihtelua 30-vuotis jaksosta toiseen kuvaavat pystypalkit (lila ja sininen), jotka osoit tavat 95 % -vaihteluvälin kahdessa eri mallikokeessa. Ilmasto mallien eroista aiheutuva epävarmuushaarukka kullekin päästös kenaariolle 2080-luvulla on annettu numeroarvoina kuvan oikeassa laidassa. (Kuva perustuu Jylhän ym. (2004) artikkeliin.) Ilmastonmuutosskenaarioita Suomelle Kirsti Jylhä, Kimmo Ruosteenoja ja Heikki Tuomenvirta 25 Kuva 2. Suomen kuukausikeskilämpötilojen muutokset vuosiin 2070- 2099 mennessä verrattuna jakson 1961-1990 keskiarvoihin kuuden maapallonlaajuisen ilmastomallin (taulukko 1) perusteella. Punaiset (siniset) ympyrät esittävät SRES-päästöskenaarioon A 2 (B 2) perus tuvia tuloksia. 2080-luvulle mennessä poikkeaa eri mallien kes ken. Esimerkiksi A2-skenaariossa mallien eroista aiheutuva lämpenemisen epävarmuushaarukka on 4,4-5,9 astetta. Eri skenaarioihin liittyvät epävar muushaarukat ovat osittain päällekkäisiä vielä vuosisadan loppupuolellakin. Toisaalta kaikki mallit ja päästöskenaariot tuottavat luontaiseen vaihteluun verrattuna tilastollisesti merkitsevää lämpenemistä jo 30-vuotisjaksolle 2010-2039. Kuvassa 2 on nähtävissä yksittäisten globaali en A - ja 82-malliajojen antamia keskilämpöti lan muutoksia eri kuukausina vuosisadan lopulla verrattuna vuosiin 1961-1990. Vuoden talvipuo lisko lämpenee enemmän kuin kesäpuoli. Malli en väliset erot ovat suurimpia keväällä. Talvien lämpeneminen tietää myös pakkaspäivien (mini milämpötila < 0 °C) harvenemista sekä joulu-hel mikuisten nollakelien lisääntymistä (Jylhä ym. 2005). Malliarvioiden mukaan ilman lämpötila käy syksyllä ensimmäisen kerran nolla-asteen ala puolella keskimäärin 15-30 vrk myöhemmin kuin nykyään, vastaavasti aikaistuu viimeinen pakka nen keväällä (kuva 3). Huomattakoon, että kuva 3 perustuu alueellisten ilmastomallikokeiden tu loksiin ja että näissä kokeissa tarvitut reunaehdot laskenta-alueen reunoilla oli otettu vain kahdesta maapallonlaajuisesta mallista (taulukko 1). Niin pä kuvan 3 voi olettaa ainakin jonkin verran aliar Kuva 3. Syksyn ensimmäisen ja kevään viimeisen pak kasen keskimääräisen ajankohdan muutos Suomessa vuosina 2071-2100 verrattuna jaksoon 1961-1990, alueellisten ilmastomalliajojen (taulukko 1) perusteel la. Punaiset (siniset) kolmiot esittävät SRES-päästös kenaarioon A 2 (B 2) perustuvia tuloksia. Kärjeltään ylöspäin osoittavat kolmiot kuvaavat kokeita, joissa reuna-arvot on otettu ECHAM4/OPYC3 - mallista, muissa kokeissa reunamallina on HadAM3H/P. Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät 26 vioivan pakkasjakson muutoksiin liittyvää epävar muutta. Runsaampia sateita, niukemmin lunta Sademäärien muutosten arvioiminen tuottaa ilmas tomalleille vielä suurempia haasteita kuin lämpe nemisen ennakoiminen. Koko maapallolla keski määrin veden kiertoliike näyttäisi voimistuvan, jolloin sekä sademäärä että haihtuminen lisään tyisivät. Kaikkien tarkasteltujen malliajojen mu kaan vuotuinen sademäärä Suomessa kasvaa, kes kimääräisen muutoksen ollessa 1-2 % vuosikym menessä. Koska sademäärät vaihtelevat luontai sesti enemmän kuin vuosikeskilämpötilat, muu tokset tulevat tilastollisesti merkitseviksi myöhem min kuin lämpötilaa tarkasteltaessa (kuva 4). Tä hän mennessä maassamme mitatut sademäärät ei vät ole vielä osoittaneet pitkäaikaista, tilastollisesti merkitsevää trendiä (Tuomenvirta 2004). Kuva 4. Suomen keskimääräisen sademäärän muutokset poikkea mina jakson 1961-1990 keskiarvosta. Katso kuvan 1 selitysteks tiä. (Kuva perustuu Jylhän ym. (2004) artikkeliin.) Kuva 5. Keskimääräiset kuukausisademäärän muutokset Suomessa vuosina 2070-2099 verrattuna jakson 1961-1990 keskiarvoihin kuuden globaalin ilmastomallin (taulukko I ) perusteella. Punai set (siniset) ympyrät esittävät SRES-päästöskenaarioon A 2 (B 2) perustuvia tuloksia. Ilmastonmuutosskenaarioita Suomelle Kirsti Jylhä, Kimmo Ruosteenoja ja Heikki Tuomenvirta 27 Kuten kuvan 4 oikeasta laidasta ilmenee, eri skenaarioita vastaavien sademäärän muutosten vaihteluvälit vuosisadan loppupuolella menevät vieläkin enemmän päällekkäin kuin lämpötilaa tar kasteltaessa. Niinpä kaikkien päästöskenaarioiden mukaan on mahdollista, että vuotuinen sademää rä lisääntyisi 2080-luvulle mennessä yli 20 %. Vaikka muutoksen suuruus on epävarma, näyt tää ilmeiseltä, että talvikuukausina sademäärä li sääntyy eniten ja kesällä muutos on vähäinen (kuva 5). Aluellisten ilmastomalliajojen mukaan rankat sateet näyttäisivät voimistuvan kaikkina vuodenaikoina, myös kesällä, vaikka tuolloin ko konaissademäärät saattavat jopa hieman pienetä (kuva 6). Pisimmät sateettomat jaksot lyhentyvät talvisin kaikissa simulaatioissa, mutta muina vuo denaikoina mallit antavat keskenään ristiriitaisia tuloksia. Kesäpoutien mahdollisesti pidetessä ja lämpötilojen kohotessa maaperä saattaisi olla ajoit tain rutikuiva, kun taas voimistuvat rankkasateet toisaalta lisäisivät tulvimisriskiä. Kesäisin saattai sivat vaivata siis nykyistä enemmän vuoroin kui vuus, vuoroin rankkasateet, vaikka kesän koko Kuva 6. Suurimman vuorokautisen sademäärän keski määräinen suhteellinen muutos (%) Suomessa vuo denajoittain vuosina 2071-2100 verrattuna jaksoon 1961-1990 alueellisten ilmastomalliajojen perusteella. Punaiset (siniset) kolmiot esittävät päästöskenaari oon SRES A 2 (B 2) perustuvia tuloksia (katso kuvan 3 selitystekstiä). Talvi: joulu-tammi-helmikuu, kevät: maalis-huhti-toukokuu, kesä: kesä-heinä-elokuu, syk sy: syys-loka-marraskuu. naissademäärät eivät juuri muuttuisi. Kaiken kaik kiaan sateen muutoksiin liittyy paljon epävarmuut ta etenkin kesäisin. Sateiden lisääntyminen talvella saattaa aluksi paksuntaa keskimääräistä lumipeitettä varsinkin Keski- ja Pohjois-Suomessa. Pakkasten vähene minen vuosisadan loppua kohti ohentaa kuiten kin lumipeitettä ja pienentää lumipeitepäivien määrää (kuva 7). Lumipeitepäivien määrä piene nee suhteellisesti vähemmän kuin lumen keski määräinen syvyys. Lumipeitteen vähenemisen li sää entisestään ilman lämpenemistä: lumi heijas taa auringonsäteilyä takaisin avaruuteen, mutta lumen puuttuessa säteilyenergiaa imeytyy entistä enemmän maanpintaan lämmittämään sitä ja ylä puolista ilmaa. Samoin kuin kuva 3, myös kuvat 6 ja 7 perustu vat kahdella globaalilla mallilla tehtyjen A - ja 82-kokeiden alueellisiin tarkennusajoihin hieno hilaisilla ilmastomalleilla. Vaikka tässä työssä on käytetty peräti seitsemän eri mallikeskuksen alu eellisia malleja (taulukko 1), on hyvin mahdollis ta, että aluellisten mallien ajaminen käyttäen reu Kuva 7. Lumen keskimääräisen syvyyden (vesisisäl lön) ja lumipäivien (lumen syvyys>o cm) määrän suh teellinen muutos Suomessa vuosina 2071-2100 ver rattuna jaksoon 1961-1990 alueellisten ilmastomal liajojen perusteella. Symbolit on selitetty kuvan 3 tekstissä. Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 28 naehtoja useammista maailmanlaajuisista malleis ta olisi tuottanut hieman erilaisia arvioita rankka sateiden ja lumipeitteen muutoksista. Muutosten aikataulu Usean mallin keskiarvojen perusteella 30-vuotis jaksojen keskilämpötila ja -sademäärä muuttuvat tämän vuosisadan aikana melko tasaisesti (kuvat 1 ja 3). Ilmastojärjestelmässä esiintyy kuitenkin myös luonnollista, kaoottista vaihtelua, jota on mahdotonta ennustaa. Joinakin vuosikymmeninä ilmavirtaukset saattavat käydä voittopuolisesti kylmiltä ilmansuunnilta, joilloin keskilämpötila saattaa jäädä selvästi alhaisemmaksi kuin mitä kuvasta 1 voisi päätellä. Vastaavasti jokin toinen vuosikymmen voi olla poikkeavan lämmin. Kym menvuotisjaksojen todelliset keskilämpötilat voi vat helposti heitellä ennakoiduista ainakin asteen verran ylös tai alas. Yksittäisinä vuosina vaihtelu on vielä paljon suurempaa. Sademäärät vaihtelevat luontaisesti vieläkin enemmän kuin lämpötilat. Esimerkiksi kuvassa 4 mallien simuloiman luonnollisen vaihtelun vaiku tus ilmenee selvästi 82-skenaariota esittävässä käyrässä. Sen mukaan sademäärä kasvaisi nope asti 2010-luvulle saakka, minkä jälkeen kasvu tait tuisi moneksi vuosikymmeneksi. Tämä ei siis kui tenkaan tarkoita, että todellisuudessa kävisi juuri näin. Ennusteet tarkentuvat Edellä on nähty, että eri ilmastomallien antamat tulokset poikkeavat melko paljon toisistaan. Epä varmuutta tuloksiin tuovat mallien puutteet ja päästöskenaarioiden erot sekä luonnollinen vaih telu. Kunhan ilmaston käyttäytymistä opitaan tun temaan entistäkin paremmin ja tietokoneet kehit tyvät edelleen, saamme uusia, entistä tarkempia ilmastomalleja. Tällöin tässäkin kitjoituksessa esi tetyt arviot menevät uusiksi - kuinka paljon, se jää nähtäväksi. Tulevaisuudessa tarkimmatkin alu eelliset ilmastoennusteet tulevat joka tapauksessa olemaan todennäköisyysennusteita, joissa osa epä varmuudesta johtuu ilmaston luontaisesta vaihte lusta. Osa epävarmuudesta aiheutuu siitä, että vasta tulevaisuus näyttää, jatkavatko kasvihuonekaasu jen päästöt kasvuaan vai kyetäänkö niitä oleelli sesti rajoittamaan. On mahdollista, että ilmastojärjestelmään vai kuttaa meille vielä tuntemattomia tekijöitä, joita mallit eivät osaa ottaa huomioon. Yllätykset ovat siis mahdollisia. Kasvihuoneilmiön voimistumi nen on kuitenkin panemassa maapallon ilmastoa siinä määrin epätasapainoon, että tuntuvia muu toksia on varmasti odotettavissa. Niihin on syytä varautua yhteiskunnan eri aloilla (katso esim. Car ter ja Kankaanpää 2003, Marttila ym. 2005). Uusin suuntaus on kytkeä ilmakehä-, valtame ri-ja vesistömallien lisäksi myös kasvillisuusmallit yhtenäiseksi systeemiksi. Tällä ilmastonmuutok sen vaikutus-ja sopeutumistutkimuksia tukevalla tiellä on esimerkiksi koti-ja ulkomaisena yliopis tojen ja tutkimuslaitosten yhteistyönä käynnisty nyt COSMOS-hanke (Community Earth System Models), jota koordinoi saksalainen Max Planck Institut fur Meteorologie. Myös Suomi on muka na tässä hankkeessa. Kirjallisuus Carter, T.R. & Kankaanpää, S. 2003. Esiselvitys ilmas tonmuutokseen sopeutumisesta Suomessa. A preli minary examination of adaptation to climate chan ge in Finland. The Finnish Environment 640, Fin nish Environment Institute. 66 s. (suomeksi ja eng lanniksi). Christensen, J.H., Carter, T.R. & Rummukainen, M. 2005. Evaluating the performance and utility of regional climate models: the PRUDENCE project. Climatic Change, PRUDENCE special issue (käsi kirjoitus). IPCC 2001. Climate Change 2001: The Scientific ba sis. Contribution of working group I to the third as sessment report of the Intergovernmetal panel on climate change. Houghton J.T., Ding, Y., Griggs, D.J., Noguer, M., van der Linden, P.J., Dai, X., Maskell, K. & Johnson, C.A. (toim.) Cambridge University Press. Cambridge. 881 s. Ilmastonmuutosskenaarioita Suomelle Kirsti Jylhä, Kimmo Ruosteenoja ja Heikki Tuomenvirta 29 Jylhä, K., Fronzek, S., Tuomenvirta, H., Carter, T.R. & Ruos teenoja, K. 2005. Changes in frost, snow and Baltic sea ice by the end of the 21st century based on climate model projections for Europe. Climatic Change, PRU DENCE special issue (käsikirjoitus). Jylhä, K., Tuomenvirta, H. & Ruosteenoja, K. 2004. Climate change projections for Finland during the 21st century. Boreal Environmental Research 9: 127-152. Kuusisto, E. & Käyhkö, J. 2004. Globaalimuutos - Suomen Akatemian FIGARE-ohjelma, Kustannusosakeyhtiö Ota va 176 s. Marttila, V., Granholm, H., Laanikari, J., Yrjölä, T., Aalto, A. Heikinheimo, P., Honkatuki, J., Järvinen, H., Liski, J., Merivirta, R. & Paunio, M. 2005. Ilmastomuutoksen kansallinen sopeutumisstrategia. Maa- ja metsätalousmi nisteriö, MMM:n julkaisuja 1/2005.276 s. Tuomenvirta, H. 2004. Reliable estimation of climatic varia tions in Finland. Finnish Meteorological Institute Cont ributions, No. 43, Finnish Meteorological Institute. 80 s. + 78 s. liitteet 30 Metsämaan mikrobiologisten prosessien ilmakehällinen merkitys: Metaani (CH 4 ) ja dityppioksidi (N 2 0) Pertti J. Martikainen, Anne Saari ja Marja Maljanen Johdanto Ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuudet ovat kaasuja tuottavien ja niitä kuluttavien prosessien summa. Kasvihuonekaasuja tuotetaan ja kulute taan sekä kemiallisissa että biologisissa proses seissa. Eri prosessien suhteellinen merkitys vaih telee kasvihuonekaasusta riippuen. Hiilidioksidi päästöistä (C0 2 ) alle puolet on peräisin biopro sesseista, kun taas metaanista (CH 4 ) 60% ja di typpioksidista (N,O) 80% on syntynyt hiilen ja typen biogeokemialliseen kiertoon liittyvissä bio prosesseissa. Biogeokemialliset prosessit myös kuluttavat kasvihuonekaasuja vähentäen niiden päästöjä biosfääristä, tai poistaen kaasuja ilmake hästä. Metsien hiilidioksidinielu ja tähän vaikut tavat tekijät ovat ilmastomuutostutkimuksessa keskeisiä osa-alueita. Metsillä on maailmanlaajuis ta merkitystä myös metaani- ja dityppioksidivir roissa. Ilmaston lämpeneminen vaikuttaa metsien biogeokemiallisiin prosesseihin, mikä heijastuu metsien ilmakehälliseen merkitykseen. Ympäris tömuutokset voivat hidastaa tai kiihdyttää metsä ekosysteemien biologisia prosesseja (Martikainen 1996). Monet vaikuttavat tekijät liittyvät ihmis toimintaan, kuten laskeumiin tai metsätalouteen. Nämä taustatekijät on huomioitava pohdittaessa ilmastomuutoksen vaikutuksia metsien biogeoke miallisiin prosesseihin ja näiden prosessien mer kitystä ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuksiin muuttuvassa ympäristössä. Tässä kirjoituksessa pääpaino on boreaalisissa metsissä, joista on eni ten tietoa liittyen mm. metsätalouden vaikutuksiin metaani- ja dityppioksidivirtoihin. Boreaalisten metsien metaani- ja dityppioksididynamiikkaa verrataan lauhkean ja trooppisen vyöhykkeiden metsien metaani-ja dityppioksididynamiikkaan. Metaani ja dityppioksidi hiilen ja typen kierroissa Metaanin ja dityppioksidin tuotosta ja kulutuksesta biosfäärissä vastaavat mikrobit. Metaanin ja di typpioksidin biogeokemia liittyy kiinteästi hiilen ja typen kiertoon ekosysteemeissä (kuva 1), joten näihin kaasuihin liittyvät prosessit kytkeytyvät koko ekosysteemin toimintaa sääteleviin fysikaa lisiin, kemiallisiin ja biologisiin tekijöihin. Orgaanisen aineksen hajotessa hapellisissa olo suhteissa, kuten vettä hyvin läpäisevässä mineraa limaassa, hiilidioksidi on hajoamisen pääasialli nen kaasumainen lopputuote. Heterotrofisesta hii lidioksidin tuotosta vastaavat pääosin mikrobit (bakteerit ja sienet). Mikäli maaperä kyllästyy ve dellä, hapen diffuusio ilmakehästä maaperään hi dastuu niin, että mikrobien hengitys kuluttaa ha pen jo maan pintaosissa ja syvemmät maaprofiilit muuttuvat hapettomiksi. Äärimmäisenä esimerk kinä ovat suot. Hapettomissa olosuhteissa hajoa misessa syntyy hiilidioksidin ohella metaania, joka on 23 kertaa tehokkaampi kasvihuonekaasu kuin Metsämaan mikrobiologisten prosessien... Pertti J. Martikainen, Anne Saari ja Marja Maljanen 31 hiilidioksidi 100 vuoden tarkastelujaksolla (IPCC 2001). Metaanin tuotosta vastaavat happea täy sin karttavat ns. metanogeeniset mikrobit. Evo luutiossa mikrobit ovat kehittyneet niin, että lä hes jokaiseen energiaa vapauttavaan reaktioon on kehittynyt jokin mikrobiryhmä, joka voi hyödyn tää kasvussaan tämän reaktion energiaa. Näin on myös metaanin kohdalla. Eräät bakteerit, ns. me tanotrofit (= metaania hapettavat bakteerit), voi vat hapettaa maaperässä metaania ja saada metaa nista sekä kasvun vaatiman energian että hiilen. Metaanin hapetuksella onkin suuri merkitys ilma kehän metaanipitoisuuden säätelyssä. Suurin osa hapettomissa turvekerroksissa syntyneestä metaa nista hapetetaan suon hapellisissa pintakerroksis sa metaanin diffuntoituessa turveprofiilissa kohti ilmakehää. Metaanin hapetuksessa syntyy hiilidi oksidia, eli metaania tehottomampaa kasvihuone kaasua. Myös hapellisessa podsolimaannoksessa metaanin hapettajabakteerit ovat aktiivisia, min kä johdosta metsämaat vaikuttavat ilmakehän koostumukseen merkittävästi. Koska metsämaas sa ei juurikaan synny metaania, metaania hapetta vat bakteerit elävät metsämaassa ilmakehän me taanin varassa. Ne hapettavat maaperästä metaa nia niin, että maaperän metaanipitoisuus laskee alle ilmakehän metaanipitoisuuden (noin 2 ppm), jol loin metaani alkaa virrata ilmakehästä maaperään. Metsämaa toimii siis metaanin nieluna. Dityppioksidi on 296 kertaa tehokkaampi kas vihuonekaasu kuin hiilidioksidi 100 vuoden tar kastelujaksolla (IPCC 2001). Dityppioksidia muo dostuu kahdessa mikrobiologisessa prosessissa: nitrifikaatiossa ja denitrifikaatiossa (Davidson 1991). 1. Happea vaativassa nitrifikaatiossa typen mi neralisaatiossa maaperään muodostunut ammo nium (NH 4 + ) hapetetaan nitriitin (N0 2 ) kautta nitraatiksi (N0 3 ~). Näistä kahdesta hapetusreak tiosta vastaavat eri bakteerilajit. Nitrifikaatio bakteerit eivät vaadi kasvuunsa orgaanista ai nesta sillä ne saavat energiansa joko ammoniu min tai nitriitin hapetuksesta, ja hiili otetaan hii lidioksidista. Luonnollisesti myös maaperään laskeumana tai lannoituksena tullut ammonium käy energialähteeksi näille bakteereille. Nitrifi kaation ensimmäisessä vaiheessa, ammoniumin Kuva 1. Metaani ja dityppioksidi hiilen -ja typenkierrossa Ilmasto muuttuu - mukautuvatko metsät Metsäntutkimuslaitoksen tiedonantoja 944 32 hapetuksessa, syntyy aina pieniä määriä dityp pioksidia. 2. Maaperässä oleva nitraatti joutuu ns. denitri fikaatiobakteerien prosessoimaksi, mikäli maa perän hapen määrä vähenee. Denitrifikaatiobak teerit korvaavat hengityksessään hapen nitraa tilla ja tässä prosessissa ne voivat pelkistää nit raatin aina typpikaasuksi (N2 ) saakka. Dityppi oksidi, joka on eräs reaktioketjun välituote, kar kaa tietyissä ympäristöolosuhteissa maaperästä ilmakehään. Hapan ympäristö, kuten metsämaa, suosii dityppioksidin muodostumista reaktioket jussa, eli ketju ei etene tehokkaasti typpikaa suun saakka. Myös matala lämpötila aiheuttaa samankaltaisen ilmiön. Boreaalisten metsämaiden metaanidynamiikka Boreaalisilla moreenimailla olevilla metsillä on hyvä kyky niellä ilmakehän metaania (Saari ym. 1997). Tämä johtuu ilmeisesti moreenimaan ra kenteesta, jossa on edustettuna sekä karkeampia että hienompia maa-aineksia. Hienommat jakeet antavat tartuntapintaa metaania hapettaville mik robeille edistäen näiden aktiivisuutta ja karkeam pi aines turvaa metaanin ja hapen diffuusion il makehästä maaperään. Metsämaan metaaninielus sa siis myös maan fysikaalisella rakenteella on merkitystä; mitä paremmin kaasut diffuntoituvat ilmakehästä maaperään sitä voimakkaampi metaa ninielu on. Tämä näkyy hyvin kokeissa, joissa metsämaan orgaaninen kerros on poistettu vauri oittamatta mineraalimaakerroksia. Kun orgaani nen kerros on poistettu, metsämaa nielee enem män metaania kuin häiriintymätön me